基于花生形结构的马赫-曾德尔光纤传感器
在这个大数据、人工智能、区块链的网络急速发展时代，对于数据的采集、传输和分析以及作为数据信息传输的介质---电子电路器件及光纤传感器件的发展，提出了前所未有的要求。本文所设计制作的基于马赫-曾德尔干涉原理的光纤传感器，凭借着它特有的一些性质，如：特别简单的制作工艺、十分强大的抗挫性、高数量级的环境变化敏感度及非常短的响应时长，在光纤器件以及嵌入式电子电路等研究中，愈发的火热。 本论文将会按照下面的编排格式进行编排和叙述： 1、对各类不同结构、不同应用领域的光纤传感器进行了理论方面的分析总结; 介绍了飞秒激光器的软硬件系统组成、光纤微加工原理及光纤微拉锥技术；理论分析了微孔加工孔径大小与飞秒激光能量密度的关系；介绍了马赫-曾德尔传感器温度、应变、折射率方面的理论研究，并对传感器温度、应变双参数同时测量及温度、折射率双参数同时测量的原理进行了概述； 2、利用飞秒激光微加工技术，首次设计实现了基于微拉锥工艺，具有超小体积尺寸、高温度灵敏度、高应变灵敏度的内置双孔花生形传感器；该传感器在温度灵敏度方面达到了 60.46pm/℃，较 FBG(Fiber Bragg Grating 光纤布拉格光栅)型光纤传感器高 5 倍，应变灵敏度达到了3.25pm/με，超过 3倍的FBG型光纤传感器； 3、分别设计制作了基于锥形-花生形级联结构的保偏光纤传感器及细芯光纤传感器；分别对这两种传感器的温度特性、应变特性进行了实验研究，并结合灵敏度系数矩阵，分别对其进行了温度及应变的双参数同时测量；保偏光纤制作的传感器对温度的灵敏度达到了51.383pm/℃，该灵敏度大小较FBG型光纤传感器高4倍，应力灵敏度为-1.5pm/pm/με；细芯光纤制作的传感器对温度的灵敏度达到了32.6pm/℃，较普通的MZI(Mach-Zehnder Interference马赫-曾德尔干涉)型传感器高，应变灵敏度达到了-2.2321pm/με，且该传感器在进行应变实验研究时，最大应变承受量为1600με，说明该传感器结构坚固、强度大、不易损坏； 4、分别设计制作了基于球形-花生形级联结构的保偏光纤传感器及细芯光纤传感器；分别对这两种传感器的温度特性、折射率特性进行了实验研究，并利用灵敏度系数矩阵，分别对其进行了温度及折射率的双参数同时测量；保偏 光纤制作的传感器对温度的灵敏度为 19.5pm/℃，折射率灵敏度达到了242.105nm/RIU，较LPFG(Long Period Fiber Grating长周期光纤光栅)型传感器灵敏度高，且体积尺寸上更具优势；细芯光纤制作的传感器对温度的灵敏度达到了 148.22pm/℃，较 FBG 型传感器灵敏度高 12 倍，折射率灵敏度达到了-43.651nm/RIU;
光纤传感器;飞秒激光微加工;光纤微拉锥;花生形结构;马赫-曾德尔干涉
中国计量大学
硕士
光学工程
王东宁;裴克梅
2018
中文
TP212.14
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）