【摘要】：雙芯光纖是一種新型的特種光纖,由于其特殊的折射率分布特性,基于雙芯光纖的光纖無(wú)源器件廣泛應(yīng)用于光纖通信和傳感領(lǐng)域。目前,基于雙芯光纖的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x傳感器的制作方法很多,常用的制作方法是熔接機(jī)的熔接技術(shù),但是很難實(shí)現(xiàn)精密調(diào)制,并且在傳感應(yīng)用方面難以實(shí)現(xiàn)高精度的傳感。本課題組提出利用飛秒激光微加工技術(shù)在雙芯光纖中制作馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x。該技術(shù)利用飛秒激光脈沖峰值功率高、脈沖短等特點(diǎn),在介質(zhì)表面或者內(nèi)部產(chǎn)生微米級(jí)結(jié)構(gòu)。由于飛秒激光與物質(zhì)是非線性相互作用,其熱影響區(qū)域小,加工質(zhì)量相比于傳統(tǒng)加工技術(shù)制作的質(zhì)量高。因此,研究運(yùn)用飛秒激光微加工技術(shù)在雙芯光纖中制作馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x是一個(gè)新型的、非常有意義的課題。本文對(duì)基于雙芯光纖的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要工作和創(chuàng)新性成果如下:(1)、介紹了雙芯光纖、光纖馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x、飛秒激光微加工技術(shù)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀。(2)、設(shè)計(jì)并搭建了一套飛秒激光微加工系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括飛秒激光器、分光鏡、半玻片、格蘭棱鏡、反射鏡、顯微鏡系統(tǒng)和高精密三維電移平臺(tái)等。運(yùn)用該系統(tǒng)在普通單模光纖、雙芯光纖、光子晶體光纖中成功地制作了不同類型的干涉儀,并對(duì)基于雙芯光纖的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x進(jìn)行了探索研究。(3)、利用飛秒激光在雙芯光纖上制備開(kāi)放式微腔型馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x,并進(jìn)行了折射率和溫度傳感實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)測(cè)得該傳感器有超高的折射率靈敏度為-10981 nm/RIU和超低的溫度交叉靈敏度為3.96×10-6 RIU/°C。因此可以忽略溫度帶來(lái)的影響。對(duì)該傳感器進(jìn)行理論分析,得到折射率靈敏度為-10690 nm/RIU。由此可知,實(shí)驗(yàn)與理論幾乎一致。(4)、利用飛秒激光在雙芯光纖上制備開(kāi)放式微腔型馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x,并進(jìn)行了氣壓傳感實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)測(cè)得該傳感器的氣壓靈敏度為-9.6 nm/MPa。相比于其它傳感器,靈敏度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)理論分析可知,引起氣壓敏感的因素有兩個(gè):腔長(zhǎng)的變化和腔內(nèi)空氣折射的率改變。進(jìn)一步利用ANSYS有限元軟件模擬仿真該傳感器在氣壓環(huán)境下腔長(zhǎng)的變化情況。由仿真結(jié)果可知:在1 MPa的環(huán)境下,微腔的長(zhǎng)度增加了0.449nm,導(dǎo)致光譜漂移14 pm。光譜儀最小分辨率為20 pm,無(wú)法探測(cè)光譜的漂移。因此,可以忽略微腔長(zhǎng)度的變化帶來(lái)的影響。氣壓的變化引起的空氣的折射率的變化成為了氣壓敏感的主要因素,理論計(jì)算氣壓靈敏度為9.52 nm/MPa,實(shí)驗(yàn)與理論一致。(5)、利用飛秒激光在雙芯光纖上制備開(kāi)放式微腔型馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x,在干涉儀中填充磁流體后密封在一段玻璃管中�；诖帕黧w的磁光特性,當(dāng)外界磁場(chǎng)改變時(shí),磁流體的折射率也相應(yīng)的改變,從而導(dǎo)致傳輸光的相位發(fā)生變化,傳感器探測(cè)到這一變化后通過(guò)光譜儀轉(zhuǎn)換為光譜的漂移。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明光譜線性漂移,并且該傳感器有超高的磁場(chǎng)靈敏度為-37.1 nm/m T。與其它傳感器相比,靈敏度提高了約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。此外,基于磁流體的熱光特性,我們研究了磁流體填充雙芯光纖馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的溫度傳感特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)傳感器的溫度靈敏度提高到納米量級(jí),靈敏度為1.36 nm/°C。(6)、設(shè)計(jì)并研制一種基于細(xì)芯光纖的邁克爾遜干涉儀,并進(jìn)行了折射率和溫度傳感實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光譜強(qiáng)度和波長(zhǎng)都發(fā)生漂移,測(cè)得波長(zhǎng)和強(qiáng)度靈敏度分別為-72.87nm/RIU(n=1.44)和-208.24 d B/RIU(n=1.44),溫度靈敏度為48 pm/°C。如果過(guò)采用波長(zhǎng)調(diào)制會(huì)有比較大的溫度交叉靈敏度。然而,干涉光譜的強(qiáng)度不會(huì)隨著溫度的變化而變化。因此采用強(qiáng)度調(diào)制可以解決溫度交叉敏感問(wèn)題。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH744.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2154516