【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源器件廣泛應用于光纖通信和傳感領域。目前,基于雙芯光纖的馬赫-曾德爾干涉儀傳感器的制作方法很多,常用的制作方法是熔接機的熔接技術,但是很難實現(xiàn)精密調制,并且在傳感應用方面難以實現(xiàn)高精度的傳感。本課題組提出利用飛秒激光微加工技術在雙芯光纖中制作馬赫-曾德爾干涉儀。該技術利用飛秒激光脈沖峰值功率高、脈沖短等特點,在介質表面或者內部產生微米級結構。由于飛秒激光與物質是非線性相互作用,其熱影響區(qū)域小,加工質量相比于傳統(tǒng)加工技術制作的質量高。因此,研究運用飛秒激光微加工技術在雙芯光纖中制作馬赫-曾德爾干涉儀是一個新型的、非常有意義的課題。本文對基于雙芯光纖的馬赫-曾德爾干涉儀進行了理論和實驗研究。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-曾德爾干涉儀、飛秒激光微加工技術的應用和研究現(xiàn)狀。(2)、設計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等。運用該系統(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,并對基于雙芯光纖的馬赫-曾德爾干涉儀進行了探索研究。(3)、利用飛秒激光在雙芯光纖上制備開放式微腔型馬赫-曾德爾干涉儀,并進行了折射率和溫度傳感實驗,實驗測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的影響。對該傳感器進行理論分析,得到折射率靈敏度為-10690 nm/RIU。由此可知,實驗與理論幾乎一致。(4)、利用飛秒激光在雙芯光纖上制備開放式微腔型馬赫-曾德爾干涉儀,并進行了氣壓傳感實驗,實驗測得該傳感器的氣壓靈敏度為-9.6 nm/MPa。相比于其它傳感器,靈敏度提高了一個數(shù)量級。通過理論分析可知,引起氣壓敏感的因素有兩個:腔長的變化和腔內空氣折射的率改變。進一步利用ANSYS有限元軟件模擬仿真該傳感器在氣壓環(huán)境下腔長的變化情況。由仿真結果可知:在1 MPa的環(huán)境下,微腔的長度增加了0.449nm,導致光譜漂移14 pm。光譜儀最小分辨率為20 pm,無法探測光譜的漂移。因此,可以忽略微腔長度的變化帶來的影響。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,理論計算氣壓靈敏度為9.52 nm/MPa,實驗與理論一致。(5)、利用飛秒激光在雙芯光纖上制備開放式微腔型馬赫-曾德爾干涉儀,在干涉儀中填充磁流體后密封在一段玻璃管中。基于磁流體的磁光特性,當外界磁場改變時,磁流體的折射率也相應的改變,從而導致傳輸光的相位發(fā)生變化,傳感器探測到這一變化后通過光譜儀轉換為光譜的漂移。實驗結果表明光譜線性漂移,并且該傳感器有超高的磁場靈敏度為-37.1 nm/m T。與其它傳感器相比,靈敏度提高了約兩個數(shù)量級。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-曾德爾干涉儀的溫度傳感特性。實驗發(fā)現(xiàn)傳感器的溫度靈敏度提高到納米量級,靈敏度為1.36 nm/°C。(6)、設計并研制一種基于細芯光纖的邁克爾遜干涉儀,并進行了折射率和溫度傳感實驗。實驗發(fā)現(xiàn)光譜強度和波長都發(fā)生漂移,測得波長和強度靈敏度分別為-72.87nm/RIU(n=1.44)和-208.24 d B/RIU(n=1.44),溫度靈敏度為48 pm/°C。如果過采用波長調制會有比較大的溫度交叉靈敏度。然而,干涉光譜的強度不會隨著溫度的變化而變化。因此采用強度調制可以解決溫度交叉敏感問題。
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【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.3

【參考文獻】

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1 劉沖;苑立波;;帶狀雙芯光纖及其雙折射特性分析[J];黑龍江大學工程學報;2011年04期

2 朱濤;史翠華;饒云江;鄭建成;;CO_2激光寫入長周期光纖光柵的折變理論及實驗研究[J];物理學報;2009年09期

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1 湯靜;光纖中磁流體在外磁場作用下光透射特性的研究與建模[D];武漢理工大學;2012年

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本文編號：2154516