光纤中L型微孔结构的飞秒激光制备及传感特性研究

摘要

光纤折射率传感器因其具有体积小、质量轻、抗干扰能力强、便于实时监测和远程测量等优点,在环境监测、医疗及化学分析等领域有着广泛的应用前景。为了实现高精度、低成本的液体折射率测量,本文采用水辅助飞秒激光微加工技术,制备出一种基于微孔结构的单模光纤液体折射率传感器件。
　　首先理论推导了光纤纤芯中传输模式的特征方程,利用光束传输理论模拟了单模光纤微孔传感结构的光场分布情况,并讨论了孔内折射率和孔长对光场分布的影响。
　　接着采用水辅助飞秒激光微加工技术在光纤内制备L型微孔。提出了一种制备高质量微孔结构的可行性方法,研究了不同加工参数对实验结果的影响,制备出不同长度的微孔并用于后续试验。
　　最后将制备好的器件用于液体折射率传感,研究了传感结构的传输损耗与波长、孔内液体折射率及微孔长度的关系,利用射线理论分析了传感的机理,讨论了温度和孔内熔屑对传感结构性能的影响。
　　实验结果表明,利用水辅助飞秒激光微加工技术可以在光纤内制备出尺寸均匀、结构复杂的微孔。此外,制备的单模光纤微孔结构在折射率区间1.333-1.413上具有良好的折射率传感线性响应,灵敏度达到157.48dB/RIU,且不易受温度串扰。和其他的光纤折射率传感结构相比,这种传感结构具有结构紧凑、制备简单、灵敏度高、温度不敏感和成本低等优点,因此在生物化学测量领域中有着广泛的应用前景。

目录

光纤中L型微孔结构的飞秒激光制备及传感特性研究

RESEARCH ON FABRICATION AND SENSING PROPERTIES OF L-TYPE MICRO-HOLE STRUCTURE IN FIBER BY FEMTOSECOND LASER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 光纤传感器简介

1.3 飞秒激光加工光纤传感器的研究进展

1.4 本文的主要研究内容

第2章 单模光纤微孔传感结构的理论基础

2.1 阶跃光纤的模式理论

2.2 阶跃光纤的矢量解

2.3 光束传输法

2.4 微孔传感器的理论模拟

2.5本章小结

第3章 飞秒激光对光纤打孔的研究

3.1 水辅助飞秒激光打孔的基本原理

3.2 微孔结构的制备过程

3.3 飞秒激光对光纤打孔的研究

3.4 本章小结

第4章 光纤中L型微孔传感结构的性能测试

4.1 实验方法

4.2 微孔结构的响应特性

4.3 孔内熔屑对传感结构透射谱的影响

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致 谢