光纤法布里—珀罗干涉仪传感器的加工技术研究

发布时间：2017-06-07 13:16

  本文关键词：光纤法布里—珀罗干涉仪传感器的加工技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光纤传感器体积小、抗电磁干扰、灵敏度高、绝缘、可代替人到恶劣环境中工作,由于其多种多样的优势,光纤传感器已然成为新一代传感领域的研究热门。本文主要内容为光纤法布里-珀罗干涉仪传感器的加工技术研究,另外,基于光纤自身优良的性能,本文还进行了光纤微透镜的制备以及测试相关工作。本文主要内容结构以及创新点总结如下:1)综述了光纤传感器的发展历程,阐述了光纤传感器的分类及其特点,总结概括了现阶段国内外光纤传感器的研究现状。阐明了光纤传感器的重要价值以及研究意义。2)介绍了两种在全文中都有应用到的关键技术,即飞秒激光加工技术以及CO2激光加工技术。对于飞秒激光加工技术,主要介绍了其加工特点以及在透明介质中的加工手段,另外还介绍了实验室已搭建的飞秒激光加工技术实验平台;对于CO2激光加工技术,主要介绍了其工作原理和加工特点,以及实验室已搭建的CO2激光加工技术实验平台,另外,进行了CO2激光焊接玻璃套管与单模光纤的实验,通过实验总结加工参数以及步骤,同时进行焊接性能以及效果的实验检验。3)设计并加工了一种新型的基于光纤法布里-珀罗干涉仪的折射率传感器。该传感器由两个相对的光纤端面组成,两个端面都采用真空溅射技术进行镀膜处理,其中一个端面镀完膜后进行飞秒激光直写扫描加工,去除掉一半的金膜,只留下半圆形的金膜。半圆形的金膜起到了将光分束的作用,形成了两束干涉光,从而实现了光纤法布里-珀罗干涉仪的原理。4)提出了两种不同的方法对同一种法布里-珀罗干涉仪进行折射率特性测试。两种方法分别为波长漂移法以及白光干涉法,两种方法基于不同的原理,同时各有优缺点,将两种方法用于同一种法布里-珀罗干涉仪的测试中,并进行了各方面的比较。其中两种方法采用的干涉仪腔长分别为288.1μm和358.5μm,最终测出的灵敏度分别为702.312nm/RIU和396.362μm/RIU。另外,对干涉仪进行了温度特性测试,发现该法布里-珀罗干涉仪对温度不灵敏,在应用于折射率测试时不受温度的交叉影响。5)提出了用光纤进行微透镜制备的两种方案,两种方案分别采用飞秒激光直写加工技术以及CO2熔融加工技术,分别获得了不同直径的光纤半圆柱形微透镜以及光纤球形微透镜。搭建了一套全新的用于进行微透镜焦距测试的实验系统,并采用所搭建的实验系统对加工出的光纤微透镜进行了焦距测试。实验测出的微透镜焦距与根据公式推算出的理论结果相符。
【关键词】：光纤传感器 飞秒激光 CO2激光 法布里-珀罗干涉仪 波长漂移法 白光干涉法 光纤微透镜 焦距测试
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 光纤传感器的分类及特点12-18
• 1.2.1 谐振式光纤传感器13-15
• 1.2.2 光栅式光纤传感器15-17
• 1.2.3 干涉仪式光纤传感器17-18
• 1.2.4 表面等离子体共振光纤传感器18
• 1.3 光纤传感器的研究现状18-23
• 1.4 本论文主要内容及创新点23-27
• 1.4.1 本论文主要内容23-24
• 1.4.2 本论文创新点24-27
• 第2章 飞秒激光加工技术及CO_2激光加工技术27-43
• 2.1 飞秒激光加工技术27-35
• 2.1.1 飞秒激光加工技术加工特点28-29
• 2.1.2 飞秒激光加工技术加工手段29-31
• 2.1.3 飞秒激光加工技术实验平台31-35
• 2.2 CO_2激光加工技术35-41
• 2.2.1 CO_2激光加工技术简介35-36
• 2.2.2 CO_2激光加工技术实验平台36-38
• 2.2.3 CO_2激光焊接实验38-41
• 2.3 本章小结41-43
• 第3章 光纤法布里-珀罗干涉仪的加工与测试43-57
• 3.1 光纤法布里-珀罗干涉仪的加工43-47
• 3.1.1 光纤法布里-珀罗干涉仪的原理43-44
• 3.1.2 光纤法布里-珀罗干涉仪的制作44-47
• 3.2 光纤法布里-珀罗干涉仪的折射率特性47-54
• 3.2.1 波长漂移法47-52
• 3.2.2 白光干涉法52-54
• 3.3 光纤法布里-珀罗干涉仪的温度特性54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第4章 光纤微透镜的制备与测试57-67
• 4.1 微透镜的研究现状57-59
• 4.2 光纤半圆柱形微透镜的制备59-61
• 4.2.1 研究方案及研究过程59-61
• 4.2.2 研究成果61
• 4.3 光纤球形微透镜的制备61-63
• 4.3.1 研究方案及研究过程62
• 4.3.2 研究成果62-63
• 4.4 光纤微透镜的测试63-65
• 4.5 光纤微透镜制备过程中的技术问题65
• 4.6 本章小结65-67
• 第5章 总结与展望67-71
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-71
• 参考文献71-79
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单79-81
• 致谢81

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本文编号：429203