新型光纤传感器的飞秒激光制作及其替代方法研究

摘要

本论文主要研究内容包括：①研究了飞秒激光微加工的特点，在石英玻璃和光敏玻璃上加工出高质量微结构；针对近红外飞秒激光制备长周期光纤光栅（long period fiber grating，LPFG）时存在的焦点与纤芯相对位置难调、信号较弱等缺陷，提出一种改进的加工方法并利用飞秒激光加工了高性能LPFG；针对光纤光栅传感器灵敏度低、易受环境因素交叉敏感等缺陷，采用飞秒激光加工了三种新型高灵敏度光纤马赫-泽德干涉仪（Mach-Zehnder interferometer，MZI）传感器，并将其应用于折射率和温度等传感测试；②虽然飞秒激光制作的光纤传感器具有很好的性能，但成本较高，不利于工业化大批量生产，对此本文提出采用电弧放电的方法制备了三种新型低成本光纤 MZI 传感器，并用来进行折射率、温度和转角等物理量测试，还进一步提出通过降低光纤包层厚度的方法提高折射率灵敏度；③讨论了基于回廊模的光纤传感器原理，搭建了微球与光纤锥耦合的测试平台，还提出利用单根光纤制作光纤圈式回廊模传感器的新方法，并将该传感器用于测试折射率、转角变化。本论文提出的新型光纤传感器具有耐高温、高灵敏度、低交叉敏感和工艺简单等优点，极具产业化应用潜力。