利用飞秒微加工制作光纤传感器及其应用

摘要

自光纤发明以来，以其在信息传输方面具有的诸多优势，如：较快的传输速度、较远的传输距离、较强的抗干扰能力等，在有线通信方面取得了广泛的应用。后来研究发现，当改变光纤的结构参数或折射率分布以后，可以使外界物理量的变化影响光纤内传输光的强度、相位、波长和偏振态等参量的变化。据此制作出了光纤传感器，以其灵敏度高、抗电磁干扰、体积小等优点现在已广泛应用于工业生产、军事和生活等方面。自飞秒激光出现以来由于其超短的脉冲时间和精确的空间分布，使得飞秒激光加工具有快速、高效、热影响小等优点，可以实现对材料进行微米量级的加工，且加工结构、加工精度不受环境和材料性质的影响。这使得飞秒激光微加工技术在材料微加工、微型光学器件制作等领域展现出极强的优势，尤其是在光纤传感器制作方面，飞秒激光微加工展现的优势更加明显。
　　本研究分为五个部分：第一章介绍了光纤传感器相对于传统传感器的优势和飞秒激光微加工技术在光纤传感中的应用，及近些年的国内和国外一些研究者，在飞秒微加工制作光纤传感器方面取得的一些成果。第二章对光纤的分类进行了简单介绍，同时对光纤中光的传播常用的两种分析方法：射线理论和模式理论进行了简单介绍。第三章对飞秒激光的发展历程及其在材料加工中的优势进行了介绍，同时介绍了飞秒激光对透明材料进行加工时发生的非线性作用，及其能量转移过程。第四章对飞秒激光微加工系统进行了介绍，同时对微加工条件进行了探究，得到了较优的条件。在多模光纤表面进行微米量级的加工，制作了沿光纤径向烧蚀长度为20μm，损耗分别为5.47dB、9.91dB、14.18dB以及烧蚀长度为10μm损耗为10.03dB和烧蚀长度为30μm损耗为9.85dB的U形微槽。将这些结构应用折射率传感测试，制作出了灵敏度达到5700μW/RIU的折射率传感器并且在折射率1.3331-1.3731范围内具有良好的线性响应。第五章使用飞秒激光微加工技术制作出了沿光纤径向烧蚀长度为20μm，损耗分别为3.28dB、10.10dB、14.35dB的微槽，并测试了微槽对传输光偏振态的影响，发现其可以将传输光由圆偏光调制为部分偏振光,且随着微槽深度的加偏振调制能力增加。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤传感器分类

1.3 光纤微加工技术在光纤传感中的应用

1.4 论文主要内容

第二章 光纤分类及光纤传输理论

2.1 光纤的分类

2.2 光纤中光传输理论

第三章 飞秒激光的发展及其与透明介质的非线性相互作用

3.1 飞秒激光的发展历程

3.2 飞秒激光与透明材料的非线性相互作用

第四章 飞秒激光微加工制作微槽并将其应用于折射率传感

4.1 飞秒激光微加工系统

4.2 实验方法

4.3 微槽制作及其折射率传感测试

4.4 传感理论分析

4.5 本章小结

第五章 飞秒激光微加工制作的微槽对其传输光偏振态的影响

5.1 微槽加工

5.2 传输光偏振态测量

5.3 偏振原理分析

5.4 本章小结

全文总结

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢