本文選題：光纖傳感器 + 電弧放電��； 參考：《深圳大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：光纖傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)以及生物測量等領(lǐng)域,其中干涉型光纖傳感器更是研究的熱點(diǎn)。目前,采用空氣微腔干涉的光纖傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在折射率、溫度、應(yīng)變、壓力等物理量傳感。本論文針對氣泡微腔形成的光纖器件,展開了理論分析、微腔制備、傳感應(yīng)用以及模式調(diào)控等幾方面研究工作。本論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):(1)利用優(yōu)化改進(jìn)的電弧放電技術(shù)制備光纖端面氣泡微腔,實(shí)現(xiàn)了亞微米厚度(320nm)的全石英薄膜制備,進(jìn)一步將該氣泡微腔形成了光纖FPI且應(yīng)用到氣壓傳感領(lǐng)域;同時(shí),利用對FPI干涉光譜的包絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)了石英薄膜的厚度評估。實(shí)驗(yàn)中,我們測試了光纖端面氣泡微腔的氣壓響應(yīng):測試樣品具有500 nm厚的石英薄膜,在波長1550 nm附近獲得氣壓靈敏度為1036 pm/MPa且對應(yīng)溫度引起氣壓交叉干擾為960Pa/?C。該端面氣泡微腔的特殊穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使其更適合于高壓惡劣環(huán)境中應(yīng)用。(2)理論分析薄膜結(jié)構(gòu)參數(shù)與其氣壓響應(yīng)的關(guān)系,提出光纖端面氣泡微腔的氣壓曾敏方案。優(yōu)化電弧放電技術(shù),實(shí)現(xiàn)了亞微米級石英薄膜的整形、轉(zhuǎn)移及焊接的一整套熱加工技術(shù),且成功完成具有170 nm厚全石英薄膜的光纖端面微腔制備。這也是目前報(bào)道的最薄石英薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,具有類似厚度薄膜情況下,其整形之后的光纖FPI對氣壓響應(yīng)靈敏度提高到了12.2 nm/kPa,相對光纖端面氣泡氣壓靈敏度提高了285倍。此外,該器件耐受溫度測試高達(dá)1000oC,且具有良好的高溫穩(wěn)定性。(3)利用液體高溫汽化原理實(shí)現(xiàn)了光纖圓形氣泡微腔的制備且形成光纖FPI應(yīng)變傳感器。同時(shí),采用優(yōu)化的電弧放電技術(shù)完成了氣泡微腔整形,從根本解決了該類器件干涉對比度低的缺陷。此外,我們實(shí)現(xiàn)了該類器件應(yīng)變靈敏度的增敏技術(shù),通過整形降低氣泡微腔腔長成功將初始應(yīng)變靈敏度2.9 pm/μ?提高到6.0 pm/μ?;測試還發(fā)現(xiàn)該器件溫度響應(yīng)為1.1 pm/?C,這也降低了溫度與應(yīng)變的交叉干擾。(4)理論分析氣泡微腔結(jié)構(gòu)參數(shù)與其應(yīng)變響應(yīng)的關(guān)系,提出光纖橢圓形氣泡微腔的應(yīng)變曾敏方案。提出并實(shí)現(xiàn)一種光纖矩形氣泡微腔制備技術(shù),該微腔結(jié)構(gòu)獨(dú)特且徑向側(cè)邊壁厚僅僅為~1μm�；诰匦螝馀菸⑶坏墓饫wFPI具有高靈敏應(yīng)變傳感特性,實(shí)驗(yàn)測試腔長為61μm矩形氣泡微腔的應(yīng)變靈敏為43.0 pm/μ?,其相比其它類型微腔的應(yīng)變響應(yīng)提高了一個(gè)數(shù)量級。此外,器件溫度響應(yīng)僅為2.0 pm/?C且溫度引起應(yīng)變交叉干擾小于0.046μ?/?C。詳細(xì)的理論分析與計(jì)算獲得矩形氣泡微腔應(yīng)變增敏的具體原因,且理論數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。(5)提出一種新型基于光纖矩形氣泡的WGM諧振器。實(shí)驗(yàn)中,利用微納光纖耦合并激發(fā)光纖矩形微腔的WGM諧振模式,諧振腔直徑為~78μm且形成諧振自由光譜范圍(FSR)為6.9 nm。我們對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用洛倫茲函數(shù)擬合,測量獲得該光纖矩形氣泡作為WGM諧振腔的品質(zhì)因數(shù)可高達(dá)Q~106;為了控制WGM諧振波長,進(jìn)一步,搭建了WGM諧振模式的應(yīng)變調(diào)控系統(tǒng),通過施加不同的應(yīng)變實(shí)時(shí)調(diào)控WGM諧振模式,實(shí)驗(yàn)獲得了應(yīng)變調(diào)控諧振波長量為-14.12 pm/μ?。結(jié)合應(yīng)變施加過程的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析,給出了詳細(xì)的應(yīng)變調(diào)控機(jī)理。
[Abstract]:The optical fiber sensor has been widely used in physics , chemistry and biological measurement , and the interferometric fiber sensor has been widely used in the fields of refractive index , temperature , strain , pressure and so on . ( 4 ) The relationship between the parameters of the bubble microcavity structure and its strain response is analyzed in theory , and the strain sensitivity scheme of the fiber rectangular bubble microcavity is proposed . In the experiment , a new strain control system based on rectangular bubble micro - cavity is proposed .
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN253;TP212
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本文編號：2005552