新型光纖F-P干涉?zhèn)鞲薪Y(jié)構(gòu)及特性研究.pdf

1、光纖傳感技術(shù)憑借其抗干擾能力強(qiáng)、本質(zhì)安全、可遠(yuǎn)程測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)倍受各國(guó)的重視。光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅髯鳛楣饫w傳感器中極為重要的一類，具有體積小、分辨率高、穩(wěn)定性好、成本低廉等突出優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用最成功的光纖傳感器之一。
　　 本文對(duì)光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅鞯姆诸惣捌渲谱鞣椒ㄗ隽溯^為詳細(xì)的分析，指出現(xiàn)有光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅髟谥谱骱徒Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的不足，在此基礎(chǔ)上，提出并制作了兩種新型微光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅?MFFPI)，豐富了MFFPI的結(jié)構(gòu)體

2、系。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ①理論分析了高斯光束經(jīng)過(guò)MFFPI后反射光的強(qiáng)度分布，數(shù)值仿真了F-P干涉腔不平行度對(duì)MFFPI輸出反射光強(qiáng)和干涉條紋對(duì)比度的影響。結(jié)果表明，隨著光纖F-P干涉腔不平行度的增加，反射光的強(qiáng)度呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì)，并且干涉條紋的對(duì)比度也呈非線性地迅速降低。這些分析為制作高對(duì)比度MFFPI提供了理論基礎(chǔ)。
　　 ②理論研究了熔接型光子晶體光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅鞯墓鈱W(xué)特性和傳感特性，結(jié)果表明：(1)熔接

3、型光子晶體光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅鞯臈l紋對(duì)比度只與兩個(gè)反射面的反射率和第一個(gè)反射面的傳輸損耗有關(guān)，這為制作高對(duì)比度的光子晶體光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅魈峁┝死碚撝笇?dǎo)；(2)折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖F-P干涉?zhèn)鞲衅鳒囟褥`敏度主要取決于純硅的熱光系數(shù)和包層的熱光系數(shù)，而光子帶隙光纖傳感器具有較低的溫度靈敏度。
　　 ③分析了飛秒激光加工的機(jī)理和特點(diǎn)，采用摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光器，通過(guò)減小飛秒激光焦斑直徑、超聲波清洗、雙面寫入、化學(xué)腐蝕等措施，制作

4、出了高對(duì)比度的非對(duì)稱型MFFPI結(jié)構(gòu)。
　　 ④比較系統(tǒng)的研究了非對(duì)稱型MFFPI的傳感特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)非對(duì)稱型MFFPI具有較低的溫度靈敏度，在20～100℃的溫度范圍內(nèi)，其波長(zhǎng)—溫度靈敏度為-0.002nm/℃，并且非對(duì)稱型MFFPI全光纖結(jié)構(gòu)為其應(yīng)用于高溫測(cè)量提供了可能；(2)非對(duì)稱型MFFPI具有較高的應(yīng)變靈敏度，在0～360με的應(yīng)變范圍內(nèi)，其波長(zhǎng)—應(yīng)變靈敏度達(dá)到0.006nm/με，同時(shí)結(jié)合溫度特性可實(shí)現(xiàn)無(wú)需溫

5、度補(bǔ)償?shù)母哽`敏度應(yīng)變計(jì)；(3)非對(duì)稱型MFFPI的開放腔結(jié)構(gòu)使得液體/氣體能夠自由地進(jìn)出，并且具有較高的折射率靈敏度。
　　 ⑤首次設(shè)計(jì)并制作了基于TIR-PCF的端面型MFFPI，從理論和實(shí)驗(yàn)研究了該MFFPI的傳感特性，發(fā)現(xiàn)基于TIR-PCF的端面型MFFPI具有較高的條紋對(duì)比度—外界折射率響應(yīng)靈敏度，在1.33～1.444內(nèi)，干涉條紋對(duì)比度隨著待測(cè)液體折射率的增加而線性減小，靈敏度為～4.59/RIU，分辨率為2×10-5