本文關(guān)鍵詞：基于飛秒激光加工的微孔單模光纖液體折射率傳感器研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)有的拉錐光纖傳感器因制作簡單、實用性高、分辨率高等優(yōu)點而得到廣泛研究。但是為了提高拉錐光纖傳感器的靈敏度,通常需要把光纖拉制的又細(xì)又長,常見的拉錐光纖傳感裝置光纖的錐區(qū)長度達(dá)到幾厘米,等腰區(qū)直徑達(dá)到納米量級,因此在測量和應(yīng)用過程中傳感裝置不易保存,并且不利于微小環(huán)境測量。而由于現(xiàn)有的微孔傳感裝置主要通過改變孔內(nèi)折射率來實現(xiàn)傳感,所以對于廣泛應(yīng)用有一定局限性。因此,本文提出一種飛秒激光器加工的微孔拉錐光纖傳感裝置,該傳感裝置錐區(qū)長度較短,錐區(qū)直徑較大,傳感頭利于保存,并可用于微小環(huán)境的測量。本文提出微孔拉錐光纖液體折射率傳感器,該傳感器是基于拉錐光纖中的光功率受到外界環(huán)境影響的特性來實現(xiàn)對外界液體折射率的測量。拉錐光纖的錐區(qū)長度不超過800μm,錐區(qū)直徑大于30μm,采用飛秒激光直寫技術(shù)在拉錐光纖纖芯位置制作微孔,封孔以后孔內(nèi)為空氣。單模光纖通過拉錐作用減小了纖芯直徑而導(dǎo)致纖芯中的部分光功率轉(zhuǎn)移到了包層中,光纖包層中的光波功率隨拉錐處外界液體折射率的變化而變化,因而,通過探測拉錐光纖的光功率就能實現(xiàn)對液體折射率的測量。纖芯處的微孔充當(dāng)一負(fù)透鏡,具有發(fā)散光的作用,使纖芯中沿軸向傳輸?shù)墓獠üβ矢嗟倪M(jìn)入到包層,外界液體折射率發(fā)生變化時由于微孔的作用導(dǎo)致包層中更多光波的功率發(fā)生變化,因而不用將拉錐光纖拉制很細(xì)即可實現(xiàn)對液體折射率的高靈敏探測。本文討論了拉錐光纖傳感裝置傳感頭的不同參數(shù)對液體折射率測量結(jié)果的影響。利用光線傳輸原理實際分析了孔在不同位置、不同拉錐直徑時對于傳感靈敏度的影響。定量分析了孔的存在對于芯包分界面入射角的影響,制作模擬曲線,模擬曲線表明:隨著拉錐光纖直徑的減小,傳感裝置測量外界液體折射率的靈敏度會增加;孔的位置距離等腰區(qū)越近,傳感裝置的靈敏度也會增加。實驗結(jié)果與所提出理論相符合。本文中詳細(xì)說明了拉錐傳感頭的制作過程,并分列出加工過程光學(xué)器件與傳感頭參數(shù)的關(guān)系。本實驗通過配置甘油與水的混合溶液得到折射率范圍為1.333-1.445之間的液體,折射率間隔為0.014,將傳感探頭依次置于上述溶液中,每次測量之前用乙醇清洗傳感頭。實驗采用波長為1550nm的近紅外激光通入傳感裝置,記錄傳感頭周圍液體折射率改變時,輸出端傳輸損耗的改變。通過origin軟件給出光傳輸損耗與折射率變化的關(guān)系,得到光纖傳感器的靈敏度在1.417-1.445范圍內(nèi)最高可達(dá)到214.29d B/RIU。
【關(guān)鍵詞】：拉錐光纖 微孔 液體折射率 飛秒激光
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212;TN249
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 光纖傳感器概述11-13
• 1.1.1 光纖傳感器的原理11
• 1.1.2 光纖傳感器的分類11-12
• 1.1.3 光纖傳感器的優(yōu)點12-13
• 1.2 折射率傳感器的研究13-16
• 1.2.1 折射率測量技術(shù)的幾種方法13-14
• 1.2.2 用光纖傳感器測量液體折射率的方法14-16
• 1.3 本論文的主要研究工作16-18
• 第2章 玻璃光纖的特性研究18-24
• 2.1 光纖的分類18-20
• 2.1.1 按光纖的制作材料分類18
• 2.1.2 按照折射率分布分類18-19
• 2.1.3 按光波在光纖中的傳輸模式分類19-20
• 2.2 單模玻璃光纖的主要特性20-22
• 2.2.1 一些與本實驗有關(guān)的參數(shù)20-22
• 2.3 光纖中的光線傳輸22-24
• 2.3.1 階躍光纖中的光線分析22-23
• 2.3.2 光線傳輸理論23-24
• 第3章 拉錐光纖與微孔光纖的特性研究24-31
• 3.1 拉錐光纖傳感裝置的特性研究24-27
• 3.1.1 拉錐光纖的傳感機理24-26
• 3.1.2 拉錐光纖傳感器的研究現(xiàn)狀26-27
• 3.2 微孔光纖傳感裝置的特性研究27-30
• 3.2.1 單孔光纖液體折射率傳感裝置的傳感機理27-28
• 3.2.2 多孔傳感裝置的傳感機理28-29
• 3.2.3 微孔光纖傳感器的研究現(xiàn)狀29-30
• 3.3 新型傳感裝置的提出30-31
• 第4章 微孔拉錐光纖液體折射率傳感器的傳感機理31-40
• 4.1 微孔拉錐光纖傳感器測量折射率的原理31-34
• 4.2 影響傳感裝置靈敏度的因素34-35
• 4.2.1 孔的位置對于傳感裝置靈敏度的影響34-35
• 4.2.2 等腰區(qū)半徑對于傳感裝置靈敏度的影響35
• 4.3 非平行光線光傳輸過程的討論35-38
• 4.4 光線在等腰區(qū)包層中的傳播情況38-40
• 第5章 微孔拉錐光纖液體折射率傳感器的實驗過程40-51
• 5.1 錐形單模光纖的制作方法40-42
• 5.2 微孔拉錐單模光纖的制作方法42-46
• 5.2.1 飛秒激光對透明介質(zhì)材料的加工機理42-43
• 5.2.2 微孔拉錐單模光纖的制作43-45
• 5.2.3 封閉微孔的方法45-46
• 5.3 錐區(qū)微孔玻璃光纖液體折射率傳感器的傳感系統(tǒng)46-48
• 5.3.1 傳感裝置的主要結(jié)構(gòu)46-47
• 5.3.2 傳感裝置中的折射率測量環(huán)境47
• 5.3.3 拉錐光纖液體折射率傳感裝置實驗47-48
• 5.4 錐區(qū)微孔光纖液體折射率傳感裝置實驗48-51
• 5.4.1 實驗過程及實驗數(shù)據(jù)48-50
• 5.4.2 實驗結(jié)論50-51
• 論文總結(jié)與展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果57-58
• 致謝58

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