摘要: 光纤传感技术凭借其抗干扰能力强、本质安全、可远程测量等优点倍受各国的重视。光纤F-P干涉传感器作为光纤传感器中极为重要的一类,具有体积小、分辨率高、稳定性好、成本低廉等突出优点,成为应用最成功的光纤传感器之一。本文对光纤F-P干涉传感器的... 展开 光纤传感技术凭借其抗干扰能力强、本质安全、可远程测量等优点倍受各国的重视。光纤F-P干涉传感器作为光纤传感器中极为重要的一类,具有体积小、分辨率高、稳定性好、成本低廉等突出优点,成为应用最成功的光纤传感器之一。本文对光纤F-P干涉传感器的分类及其制作方法做了较为详细的分析,指出现有光纤F-P干涉传感器在制作和结构设计方面的不足。在此基础上,提出并利用飞秒激光刻蚀光纤F-P微腔,设计并研制出新型光纤微F-P干涉传感器(即V型F-P传感器),丰富了F-P光纤干涉仪的结构体系,建立了相关理论并初步探索了其应用。 本文的主要研究工作及创新性成果包括: 1、基于光束经过V型腔后反射光强度分布的理论分析,首次建立了光纤非平行F-P微腔的理论模型；依据该模型数值仿真了F-P干涉腔底角(不平行度)对F-P干涉腔输出光谱特性的影响。结果表明,随着光纤F-P干涉腔底角的增加,反射光的强度呈现整体下降趋势,并且干涉条纹的对比度也呈非线性地迅速降低；计算并获得了V型F-P干涉腔的最大底角值。这些分析为制作高对比度F-P微腔传感器提供了理论基础。 2、在深入分析飞秒激光加工光纤微腔的机理和特点的基础上,采用800nm飞秒激光器,通过减小飞秒激光焦斑直径、超声波清洗、双面写入、化学腐蚀等措施,制作出了高对比度的非对称V型F-P微腔结构。详细分析了V型F-P传感器的弯曲特性,结果表明:F-P微腔底角变小时,传输光谱整体向短波方向漂移,自由光谱范围加大,反之亦然。分析了实验测量结果与理论模拟结果的差异,结果证明:建立的非平行F-P干涉仪模型适用于V型F-P微腔的计算与分析。 3、比较系统的研究了非平行F-P微腔的流体传感特性,结果发现:非平行F-P干涉仪的开放腔结构易使液体/气体自由进出,这种结构可使待测流体充分与光纤中的光场相互作用,从而增大了光与物质的作用长度,因此具有较高的折射率灵敏度。将F-P微腔接入光纤环衰荡腔(CRDS)传感系统实现浓度测量。 4、基于飞秒激光刻蚀单模光纤的实验和理论基础,对飞秒激光刻蚀光子晶体光纤微腔及其传感应用进行了初步探索；提出分层填充光子晶体光纤的新方法,数值模拟了通过分层填充光子晶体光纤对传输光场的影响；对其在传感系统中的应用进行了初步研究,对光纤微腔传感的发展提出了展望。 收起