基于飛秒激光微加工的光纖磁場傳感器研究.pdf

1、光纖磁場傳感器具有抗電磁干擾、耐腐蝕、適應各種惡劣環(huán)境、容易多分復用，適于遠距離監(jiān)測等優(yōu)勢?，F(xiàn)有的光纖磁場傳感器多采用磁致伸縮條棒上粘貼光纖光柵的方式，結構復雜，穩(wěn)定性較差。本文提出了一種基于飛秒激光在光纖光柵包層上加工復雜微結構的新型光纖磁場傳感器，具有靈敏度高和體積小等優(yōu)點。
　　 提出的新型光纖磁場傳感器主要利用復雜微結構以改善光纖光柵的伸縮性能，再結合TbDyFe薄膜的磁致伸縮效應，實現(xiàn)光纖光柵對磁場大小的檢測。文章首先

2、闡述了新型傳感器的基本傳感原理;并從微結構理論分析、飛秒激光加工基礎參數(shù)、光纖復雜微結構的加工、磁致伸縮膜的制備、磁場傳感探頭的制作等方面展開了一系列的研究;對試制的光纖光柵磁場傳感器進行性能測試，進而對復雜三維微結構的質量和磁場傳感探頭性能進行了分析和優(yōu)化。論文主要研究內(nèi)容和結果如下:
　　 (1)建立了基于光纖光柵微結構和磁致伸縮薄膜的磁場傳感器模型。結合磁致伸縮原理和光柵傳感原理綜合分析，論證了光纖磁場傳感器的傳感機制。<

3、br>　　 (2)設計了多種可在光纖包層表面制作的三維微結構。首先，從應變、應力、鍍膜面積、橫截面積等方面對加工有微結構的光纖進行了理論分析，結果表明，加工有微結構的光纖更容易受外界軸向拉力的影響。其次，對飛秒激光加工光纖的基本參數(shù)進行摸索，為后面制作復雜的三維微結構提供了參數(shù)依據(jù)。而后，設計制作了用于加工三維微結構的夾具系統(tǒng)，采用飛秒激光加工結合光纖旋轉的方法制作出三維微結構，并從結構、尺寸、光譜、形貌等方面分析改進，優(yōu)化加工參數(shù)。

4、最后，利用最優(yōu)加工方法和工藝參數(shù)制作了微結構光纖，并利用磁控濺射法在微結構光纖上鍍上了磁致伸縮薄膜，試制了幾種磁場傳感探頭樣品。
　　 (3)制定出了探頭性能測試方案，搭建靜態(tài)磁場測試裝置，通過對制作好的磁場傳感探頭進行性能測試和分析，進一步對傳感探頭的制作方法和使用的加工參數(shù)進行優(yōu)化。實驗結果表明，不同微結構形成的傳感探頭的靈敏度不同，有微結構的探頭的靈敏度是無微結構的探頭的2-5倍，與理論計算結果基本一致;另外，微加工工藝參