飛秒激光刻寫(xiě)高性能光纖布拉格光柵技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用研究.pdf

1、在石油測(cè)井領(lǐng)域，如何安全可靠的獲取井中和井筒環(huán)境參數(shù)，對(duì)提高油氣資源勘探和開(kāi)發(fā)效率具有重要意義。光纖光柵傳感器由于自身具有一些特殊的優(yōu)點(diǎn)，能夠承受井下極端的條件，因此，在光纖測(cè)井領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本論文主要基于飛秒激光相位掩模板技術(shù)，在三種不同類型的光纖上寫(xiě)制了光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)，并對(duì)其溫度、高溫應(yīng)變、彎曲三種傳感特性分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　利用近紅外飛秒激光結(jié)合相位掩模板技術(shù)

2、，通過(guò)改變激光光斑的聚焦位置，在單模光敏光纖上刻寫(xiě)了三種不同類型的FBG，柵區(qū)覆蓋光纖纖芯和部分包層區(qū)域，光柵透射光譜圖呈現(xiàn)出兩個(gè)分立的共振模式，分別為纖芯模式和包層模式。其中，我們選擇包層折射率調(diào)制大于纖芯折射率調(diào)制的FBG進(jìn)行溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，包層FBG和纖芯FBG一樣具有很好的耐溫性，且其溫度響應(yīng)靈敏度與纖芯FBG的幾乎相等，因此也可用于高溫場(chǎng)所溫度變化量的監(jiān)測(cè)。
　　利用飛秒激光側(cè)面照射技術(shù)，在經(jīng)過(guò)載氫處理的多模光纖

3、上刻寫(xiě)了三種不同類型的FBG。將激光聚焦在多模光纖纖芯的不同位置，會(huì)激發(fā)不同的光纖模式。當(dāng)光斑位于纖芯中心軸時(shí)，僅纖芯基模被激發(fā);移動(dòng)光斑，使聚焦光斑偏離纖芯軸約10μm，多個(gè)高階模式和纖芯基模同時(shí)被激發(fā);繼續(xù)移動(dòng)光斑，當(dāng)光斑偏離纖芯軸約20μm時(shí)，只有多個(gè)高階模式被激發(fā)。僅有纖芯基模的FBG被用來(lái)進(jìn)行高溫應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，溫度越高，傳感器應(yīng)變靈敏度越高，最高可達(dá)5.24pm/με。因此，多模光纖布拉格光柵尤其適用于高溫場(chǎng)所應(yīng)變的

4、監(jiān)測(cè)。
　　利用飛秒激光結(jié)合相位掩模板技術(shù)，通過(guò)將激光光斑聚焦在經(jīng)過(guò)載氫處理的光纖纖芯與第一包層的界面處，在一種具有折射率下陷第一包層的四包層單模光纖上寫(xiě)制了FBG，光柵結(jié)構(gòu)覆蓋光纖纖芯和部分第一包層區(qū)域。并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了光柵的彎曲和溫度特性。彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，反射的包層FBG的強(qiáng)度對(duì)光纖微彎響應(yīng)靈敏，且由于包層FBG在光纖橫截面的不對(duì)稱分布，彎曲響應(yīng)具有很高的方向依賴性。但是，包層共振波長(zhǎng)對(duì)彎曲不敏感，因此可以通過(guò)分別監(jiān)測(cè)包層