發(fā)布時間：2016-12-22 04:11

  本文關(guān)鍵詞：微納加工技術(shù)下光纖傳感器的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學(xué)》 2015年

微納加工技術(shù)下光纖傳感器的研究

高然  

【摘要】：自二十世紀(jì)六十年代華裔科學(xué)家高錕博士首次提出光纖這一波導(dǎo)介質(zhì)以來，特別是二十世紀(jì)八九十年代，光纖技術(shù)得到了卓有成效的研究。科研人員在研究光纖的穩(wěn)定性、傳輸性等特性的基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)現(xiàn)了光纖另一特性---傳感性。光纖這一特性的研究促進(jìn)了光纖傳感領(lǐng)域的科研和發(fā)展，擴(kuò)大了光纖傳感的應(yīng)用范圍，使光纖傳感在建筑檢測、生物醫(yī)療、石油化工、國防安防等各個領(lǐng)域得到了充分的發(fā)展。隨著科研及工業(yè)等領(lǐng)域逐漸向小型化發(fā)展的趨勢，多種特殊領(lǐng)域?qū)ξ⒓{光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用需求日益受到人們的重視。例如在生物醫(yī)療檢測中，人們希望能夠在人體中植入生物傳感器，從而實(shí)現(xiàn)在線式的實(shí)時人體健康檢測。這種新型的結(jié)構(gòu)化的需求不僅需要光纖具有較高的穩(wěn)定性和耐久性，同時亦對光纖傳感器的體積和結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。微納型的光纖傳感器通過激光加工制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種功能，目前已成為傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。尤其是二氧化碳激光器、飛秒激光器、等離子聚焦光束等一系列高精度加工技術(shù)的出現(xiàn)為微納型的光纖傳感器的發(fā)展打開了一扇大門。 多種特殊領(lǐng)域?qū)ξ⒓{光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用需求，為微納光纖傳感器的發(fā)展指明了前景，但也給其研制過程提出了一些新的問題。首先，由于微納加工技術(shù)的局限，微納光纖傳感器的性能會受到端面平整度及鍍膜反射率的影響，其研制方法還有待進(jìn)一步研究。其次，當(dāng)微納光纖傳感器與化學(xué)液體相結(jié)合時，由于物質(zhì)形態(tài)的原因會使傳感器光學(xué)原件增多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致穩(wěn)定性降低。再次，對于光柵型的微納光線傳感器，其長度往往受到溫度的影響，因而這種類型的傳感器精度較低，抗干擾性較差，應(yīng)用性也受到很大限制。最后，飛秒激光光束對光纖結(jié)構(gòu)的損傷較大，其加工的微納光纖傳感器在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性和耐久性還都存在問題。 正是在這一背景下，本文利用多種激光微納加工技術(shù)對光纖傳感器進(jìn)行了研究。主要包括： 1.對光纖表面微納加工技術(shù)進(jìn)行了研究，建立了光纖端面反射率與Fabry-Perot干涉理論的模型，較為精確的描述了兩者之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上提出了折射率傳感器、濕度傳感器、磁場傳感器以及色散測量法的設(shè)計方法； 2.對光纖填充微納加工技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了光纖液體填充速度與施加壓力之間的規(guī)律，，并設(shè)計出新型光纖填充設(shè)備。通過此技術(shù)研制了高性能的光子晶體光纖磁場傳感器，其具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，干擾性小等優(yōu)點(diǎn)。 3.對光纖螺旋長周期光柵微納加工技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了光纖相移型螺旋長周期光柵的制作方法，并建立了相移型螺旋長周期光柵的的理論模型。以此模型為基礎(chǔ)驗(yàn)證了螺旋型光纖長周期光柵的扭矩傳感特性和溫度非敏感特性。 4.對飛秒激光器在光纖下的微納加工技術(shù)進(jìn)行了研究，歸納總結(jié)了單光子與多光子飛秒激光光束與聚合物的反應(yīng)原理，并將飛秒激光器與光纖結(jié)合設(shè)計出多種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的光纖磁場傳感器。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212
【目錄】：

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