微孔结构光纤器件制备与传感研究
发布时间：2021-09-17 15:24
在光纤传感领域,基于微孔型光纤Fabry-Perot（F-P）传感器由于具有结构灵活和多样化特点,成为了光纤传感领域具有发展潜力的传感器之一。本文主要研究集成化、微型化以及具备多参量测量功能的微孔型F-P传感器,设计了一种由三个内界面构成反射面的复合型F-P腔传感器结构。通过研究微孔加工技术与光纤F-P腔传感技术,制作出了三种尖端结构的F-P传感器。实验研究了传感器对气体环境温度与压力、液体环境温度与折射率的响应特性,采用快速傅里叶变换与傅里叶带通滤波的方法对传感器复合光谱进行分离,达到多参量同时区分测量的目的。本文主要研究内容和结论如下:（1）通过研究193 nm准分子激光器微加工机理,优化了激光加工系统,采用激光成像的方法设计了加工规则微结构图案的光路,在二氧化硅材质上加工出了不同规则形状的微结构,并且实现了在光纤纵向上加工规则的矩形穿孔技术。结合现有光纤F-P传感器技术,理论分析了复合F-P腔传感器灵敏度特性以及F-P腔的腔体尺寸与光谱效果的关系,根据传感使用功能需求,设计了一种探头式尖端集成复合F-P腔的传感器结构,并建立了传感器传输光谱的理论模型。（2）利用193nm准分子激...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
准分子微加工的两种方式：(a)静态刻蚀方式；(b)扫描直写刻蚀方式
图 2-1 准分子微加工的两种方式：(a) 静态刻蚀方式；(b) 扫描直写刻蚀方式光成像刻蚀原理光成像的方法刻蚀微结构，主要过程是将激光光束照射在带规则微孔激光通过光阑后在成像透镜的一倍焦距到二倍焦距之间成像，将加工动的微位移平台上，像是缩小的，强度较大，光子会直接打断材料分溶，向上移动加工材料，则被加工的样品可进一步纵深方向刻蚀，从层加工。该系统由准分子激光器、紫外光反射镜、成像光阑、成像透成。这种微加工系统的微加工方式属于并行加工，曝光成型，加工材和低成本，微加工精度取决于成像透镜本身特性，容易调控。
图 2-3 光纤 F-P 传感器结构设计图 F-P 腔传感理论，本文只讨论由三个反射面组成的三个 F-P 腔传感器示意图，传感器的三个反射面分别为 M1、M2 与 M3，A1、A2与 A3表示。这里假定 M1 与 M2 组成的腔是微孔腔，M2，M1 与 M3 组成的腔是组合腔，那么三个腔反射的总光强可21 2 1 3 1 22 2 21 2 3 1 2 1 2 32 1 3 1 2( ) exp( ) exp[ ( )]= 2 cos( ) 2cos( ) 2 cos( )I A A i A iA A A A A A AA Aλ = Δ + Δ + Δ+ + Δ Δ + Δ + Δφ1和 Δφ2分别为微孔腔和光纤腔产生的相位差，可用下列式子1 1 1 2 2 24 4n L ,n Lπ π λ λΔ = Δ = 7）中，L1和 n1分别是微孔腔的腔长和折射率，L2和 n2分别为传感器的微孔腔、光纤腔和组合腔所产生的光程差分别可表示1 1 1 2 2 2 3 1 1 2 2OPD = 2n L , OPD = 2n L , OPD = 2n L + 2n L2-14）与式（2-15）同理推导得到，微孔腔与光纤腔对环境的
【参考文献】：
期刊论文
[1]准分子激光微加工应用研究进展[J]. 何立文,方晓东. 量子电子学报. 2018(06)
[2]微纳光纤的制备及其光学特性研究[J]. 张庭,刘颖刚,刘鑫,高晓艳,张静乐,李康. 压电与声光. 2018(05)
[3]激光加工透明晶体与玻璃的研究进展[J]. 王婕丽,詹鑫,孙裴. 应用激光. 2018(03)
[4]248nm准分子激光辅助微铣削加工有机玻璃表面微通道实验研究[J]. 何凤玺,陈涛. 电加工与模具. 2018(02)
[5]F-P级联MZ温度、应变同时测量的光纤传感器[J]. 上官春梅,何巍,张雯,骆飞,祝连庆. 光通信技术. 2018(01)
[6]飞秒激光加工的微结构传感器及其湿度传感特性[J]. 李名毕,戴玉堂,周贤,邹猛. 仪表技术与传感器. 2017(12)
[7]飞秒刻写光纤F-P腔级联FBG传感特性研究[J]. 张雯,孟凡勇,宋言明,娄小平,祝连庆. 仪器仪表学报. 2017(09)
[8]248nm准分子激光刻蚀钠钙玻璃微通道低裂损工艺研究[J]. 杨桂栓,陈虹,陈涛. 应用激光. 2017(04)
[9]飞秒激光制作的高灵敏度光纤传感器[J]. 胡义慧,江超,刘继兵. 激光杂志. 2017(05)
[10]248nm准分子激光刻蚀的无裂损石英玻璃表面微通道[J]. 杨桂栓,陈涛,陈虹. 中国激光. 2017(09)
本文编号：3398992
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
准分子微加工的两种方式：(a)静态刻蚀方式；(b)扫描直写刻蚀方式
图 2-1 准分子微加工的两种方式：(a) 静态刻蚀方式；(b) 扫描直写刻蚀方式光成像刻蚀原理光成像的方法刻蚀微结构，主要过程是将激光光束照射在带规则微孔激光通过光阑后在成像透镜的一倍焦距到二倍焦距之间成像，将加工动的微位移平台上，像是缩小的，强度较大，光子会直接打断材料分溶，向上移动加工材料，则被加工的样品可进一步纵深方向刻蚀，从层加工。该系统由准分子激光器、紫外光反射镜、成像光阑、成像透成。这种微加工系统的微加工方式属于并行加工，曝光成型，加工材和低成本，微加工精度取决于成像透镜本身特性，容易调控。
图 2-3 光纤 F-P 传感器结构设计图 F-P 腔传感理论，本文只讨论由三个反射面组成的三个 F-P 腔传感器示意图，传感器的三个反射面分别为 M1、M2 与 M3，A1、A2与 A3表示。这里假定 M1 与 M2 组成的腔是微孔腔，M2，M1 与 M3 组成的腔是组合腔，那么三个腔反射的总光强可21 2 1 3 1 22 2 21 2 3 1 2 1 2 32 1 3 1 2( ) exp( ) exp[ ( )]= 2 cos( ) 2cos( ) 2 cos( )I A A i A iA A A A A A AA Aλ = Δ + Δ + Δ+ + Δ Δ + Δ + Δφ1和 Δφ2分别为微孔腔和光纤腔产生的相位差，可用下列式子1 1 1 2 2 24 4n L ,n Lπ π λ λΔ = Δ = 7）中，L1和 n1分别是微孔腔的腔长和折射率，L2和 n2分别为传感器的微孔腔、光纤腔和组合腔所产生的光程差分别可表示1 1 1 2 2 2 3 1 1 2 2OPD = 2n L , OPD = 2n L , OPD = 2n L + 2n L2-14）与式（2-15）同理推导得到，微孔腔与光纤腔对环境的
【参考文献】：
期刊论文
[1]准分子激光微加工应用研究进展[J]. 何立文,方晓东. 量子电子学报. 2018(06)
[2]微纳光纤的制备及其光学特性研究[J]. 张庭,刘颖刚,刘鑫,高晓艳,张静乐,李康. 压电与声光. 2018(05)
[3]激光加工透明晶体与玻璃的研究进展[J]. 王婕丽,詹鑫,孙裴. 应用激光. 2018(03)
[4]248nm准分子激光辅助微铣削加工有机玻璃表面微通道实验研究[J]. 何凤玺,陈涛. 电加工与模具. 2018(02)
[5]F-P级联MZ温度、应变同时测量的光纤传感器[J]. 上官春梅,何巍,张雯,骆飞,祝连庆. 光通信技术. 2018(01)
[6]飞秒激光加工的微结构传感器及其湿度传感特性[J]. 李名毕,戴玉堂,周贤,邹猛. 仪表技术与传感器. 2017(12)
[7]飞秒刻写光纤F-P腔级联FBG传感特性研究[J]. 张雯,孟凡勇,宋言明,娄小平,祝连庆. 仪器仪表学报. 2017(09)
[8]248nm准分子激光刻蚀钠钙玻璃微通道低裂损工艺研究[J]. 杨桂栓,陈虹,陈涛. 应用激光. 2017(04)
[9]飞秒激光制作的高灵敏度光纤传感器[J]. 胡义慧,江超,刘继兵. 激光杂志. 2017(05)
[10]248nm准分子激光刻蚀的无裂损石英玻璃表面微通道[J]. 杨桂栓,陈涛,陈虹. 中国激光. 2017(09)
本文编号：3398992
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