飛秒激光制作體光柵及新型光纖傳感器件的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、飛秒激光微加工由于加工精度高、質(zhì)量好以及可實(shí)現(xiàn)三維加工等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于對(duì)各種材料的加工處理。由于脈沖時(shí)間極短（<1ps），在飛秒激光作用下，脈沖能量能夠在極短的時(shí)間內(nèi)注入焦點(diǎn)區(qū)域的材料內(nèi)，有效抑制了加工過(guò)程中熱效應(yīng)的影響。利用飛秒激光微加工的這些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以在多種材料表面或內(nèi)部制作新穎的微型光器件。本論文開展了飛秒激光微加工硅晶片、石英玻璃及光纖材料的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合理論分析與數(shù)值模擬，基于飛秒激光三維加工在石英玻璃內(nèi)部制作了體光柵

2、；利用飛秒激光燒蝕在光纖內(nèi)部制作了幾種新型光纖傳感器件并實(shí)驗(yàn)研究了它們的傳感特性。全文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1) 以飛秒激光微加工硅晶片為例詳細(xì)介紹了飛秒激光材料微加工的方法和過(guò)程，結(jié)合光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）及電子能譜儀（EDX）等技術(shù)與儀器，分析了飛秒激光對(duì)硅晶片進(jìn)行鉆孔與切割的形貌特征、燒蝕速率以及表面氧化特性，并采用優(yōu)化的加工參數(shù)制備了應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的微型硅模具。
　　 (2)

3、實(shí)驗(yàn)研究了飛秒激光對(duì)石英玻璃的燒蝕閾值及體內(nèi)光學(xué)損傷閾值，以及飛秒激光在石英玻璃內(nèi)部直寫體光柵的加工工藝，并結(jié)合有限元方法（FEM）的模擬結(jié)果分析了體光柵的衍射特性。
　　 (3) 開展了基于飛秒激光微細(xì)加工方法在單模光纖（SMF-28）上制備微孔折射率傳感器件的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合一個(gè)幾何光學(xué)模型以及時(shí)域有限差分方法（FDTD）數(shù)值模擬，詳細(xì)闡釋了微孔折射率傳感器的透射譜特性與工作原理。
　　 (4)基于飛秒激光鉆孔方法，在

4、單模光纖以及光子晶體光纖（LMA-10）上制備了微孔結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)周期光纖光柵（LPFG），并結(jié)合有限元方法（FEM）模擬與局部耦合模理論計(jì)算分析了此類微孔結(jié)構(gòu)長(zhǎng)周期光纖光柵的透射譜特性；使用可調(diào)諧激光器及紅外CCD 觀測(cè)了微孔結(jié)構(gòu)長(zhǎng)周期光纖光柵的模場(chǎng)形貌，并利用PDL 測(cè)試儀分析了微孔結(jié)構(gòu)長(zhǎng)周期光纖光柵的偏振相關(guān)損耗（PDL）；通過(guò)填充標(biāo)準(zhǔn)折射率匹配液（Cargille），研究了單模光纖上的微孔結(jié)構(gòu)長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)折射率的靈敏度。