深紫外激光制作的微光纖傳感器及系統(tǒng)研究.pdf

1、光纖傳感器由于具有抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、無(wú)源、可遠(yuǎn)距離遙測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已成為傳感器領(lǐng)域的主流方向之一，同時(shí)在滿足國(guó)家重大需求方面具有廣闊的應(yīng)用前景，如地震監(jiān)測(cè)、重要設(shè)施安全監(jiān)測(cè)、電力工業(yè)和醫(yī)學(xué)化學(xué)領(lǐng)域等。本博士論文在深紫外激光制作的微光纖傳感器及系統(tǒng)研究方面做出了一系列創(chuàng)新性成果(為已獲2008教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)的重要組成部分之一)，總結(jié)如下： 一、在新一代微光纖琺-珀干涉?zhèn)鞲衅餮芯糠矫嫒〉弥匾黄?1)研究了157nm深紫外激

2、光脈沖微加工光纖的工藝，實(shí)驗(yàn)表明該激光微加工系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)鏡面量級(jí)的微加工，為微光纖傳感器的高質(zhì)量制作奠定了工藝基礎(chǔ)； (2)首次應(yīng)用157nm深紫外激光微加工成功制作出目前世界上光學(xué)性能最好、工作溫度最高(800℃)的微光纖在線琺．珀應(yīng)變傳感器(已被國(guó)際上多次轉(zhuǎn)載報(bào)道)，可望在航空航天、能源工業(yè)等環(huán)境十分惡劣的極端條件下使用，為解決長(zhǎng)期以來(lái)存在的高溫下應(yīng)變精確測(cè)量的世界難題提供一條可行的途徑； (3)首次在國(guó)際上發(fā)明

3、了封閉型微光纖琺-珀傳感器，該傳感器可以工作在800℃下，對(duì)溫度不敏感，常溫下無(wú)需溫度校準(zhǔn)。作為應(yīng)變傳感器時(shí)，靜態(tài)應(yīng)變靈敏度為～0.304mrad/με，動(dòng)態(tài)應(yīng)變靈敏達(dá)～20nε/Hz1/2；作為壓力傳感器時(shí)，具有高達(dá)99.9975％的線性度。同時(shí)，提出了基于封閉型微光纖琺-珀傳感器和長(zhǎng)周期光纖光柵組合的溫度與應(yīng)變同時(shí)測(cè)量方法。 (4)首次在國(guó)際上提出了一種基于157nm激光微加工的對(duì)比度調(diào)制型的微光纖琺-珀折射率傳感器結(jié)構(gòu)，該

4、傳感器具有溫度不敏感性，能夠測(cè)量大于1的任何折射率，線性工作范圍內(nèi)具有～4×10-5的分辨率。具有寬測(cè)量范圍、高分辨率、制作簡(jiǎn)單，低熱敏性、低成本、大規(guī)模生產(chǎn)能力、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)嵱谩?(5)提出了一種相位型微光纖琺-珀折射率傳感器新結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步提高折射率測(cè)量的分辨率，這種新型傳感器在折射率測(cè)量中獲得高達(dá)1130nm/RIU的靈敏度，具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、線性度好、體積小、溫度交叉敏感度較小等優(yōu)點(diǎn)，使其在化學(xué)和生物傳感

5、領(lǐng)域中有很好的應(yīng)用前景。 以上創(chuàng)新性工作不僅豐富了光纖琺-珀傳感器的體系，而且為研制新型微光纖傳感結(jié)構(gòu)開(kāi)辟了一條新路，具有重要的科學(xué)意義。同時(shí)可望解決光纖琺-珀傳感器的批量制造問(wèn)題，從而為微光纖琺-珀傳感器的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，因此，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 二、在布拉格光纖光柵傳感器研究方面取得重要進(jìn)展(1)首次在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了基于拉曼和摻鉺光纖混合放大光纖激光器的長(zhǎng)距離FBG傳感系統(tǒng)，分別實(shí)驗(yàn)演示了50公里和100公里的長(zhǎng)距