157nm激光加工光子晶体光纤自载F-P传感器研究

摘要

光纤用于传感，可以组合网络，利用现代技术易于实现智能化，集信息传输和传感于一体，可有效解决常规检测技术难以完全胜任的测量问题。光纤法布里-泊罗腔(F-P)传感器正是结合了信息传输和传感于一体的新型传感器并迅速发展已使之成为光纤传感器研究领域的一个重要分支，被广泛应用于各种物理量的测量，如压力、温度、应变、位移、振动及折射率等等。在生物医疗快速检测、土木工程中重要区域健康监测、矿井生产安全、大型航天航空器保障等有广阔的应用前景。
　　 本文针对基于光子晶体光纤(PCF)自载F-P传感器的传感机理、传感探头的制作工艺技术以及PCF自载F-P传感器在温度、应变、折射率等参数的传感测量上作了系统的研究。主要包括以下几方面：
　　 (1)论述了设计使用157nm准分子激光器在PCF上加工F-P干涉型传感器的目的和意义；介绍了国内外基于PCF的传感技术和F-P干涉传感技术的发展情况；指出了本文的研究目标和创新点。
　　 (2)介绍了157nm准分子激光系统，并围绕157nm激光器系统对光纤的微加工实验，不同加工参数下的157nm激光器系统对单模光纤和光子晶体光纤加工质量的影响，通过对工艺参数的优化研究得出157nm激光加工光纤的最佳参数组合。
　　 (3)对PCF的基本理论及特性进行了介绍，分析了光纤F-P腔干涉结构形式和原理；使用157mm准分子激光器对光纤上进行微加工，在PCF的侧面直接形成PCF侧面自载F-P传感探头；在PCF的端面进行微加工，再利用掌握的光纤熔接技术将其与单模光纤进行熔接，从而制得PCF端面自载F-P传感探头。
　　 (4)对侧面PCF自载F-P传感器和端面PCF自载F-P传感器进行温度、应力、折射率等物理量变化的实验，通过实验探讨PCF自载F-P传感器的性能和特点，并比较这几种不同PCF自载F-P传感器的性能参数。
　　 (5)指出了该基于PCF自载F-P传感器在工艺操作、优化利用等方面需要改进的地方，以及进一步研究的方向和措施。