耐高溫微型光纖干涉?zhèn)鞲衅餮芯?pdf

1、光纖傳感作為現(xiàn)代光纖技術(shù)的重要應(yīng)用之一，由于其體積小、精度高、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。近些年來(lái)，由于國(guó)防和民用領(lǐng)域?qū)μ厥猸h(huán)境(比如高溫、高濕、強(qiáng)電磁場(chǎng)、高保密測(cè)量信息傳輸?shù)?的測(cè)量要求越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的電磁式傳感器在這些環(huán)境中會(huì)受到一定限制，因此基于光纖的特種測(cè)量近幾年發(fā)展很快，其中耐高溫光纖傳感器是特種測(cè)量傳感器中重要的一類(lèi)。目前，已經(jīng)報(bào)道了一些基于微加工設(shè)備(如飛秒激光、深紫外激光、等離子束刻蝕等)制作的耐高溫傳感器

2、，在前人的研究基礎(chǔ)上，本文以電弧熔接機(jī)為加工設(shè)備，系統(tǒng)研究了光纖偏置熔接結(jié)構(gòu)的模場(chǎng)激發(fā)和耦合特性，以及光纖內(nèi)微氣泡的分光特性，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制作了幾種干涉?zhèn)鞲衅?，并將其?yīng)用于高溫、折射率和高溫下的應(yīng)變測(cè)量三個(gè)方面，實(shí)驗(yàn)取得了較高的穩(wěn)定度和很高的靈敏度。本論文的主要內(nèi)容如下：
　　 ①研究了光纖橫向偏置熔接結(jié)構(gòu)中光的模場(chǎng)激發(fā)和耦合特性，結(jié)合幾種不同干涉?zhèn)鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)，對(duì)光場(chǎng)經(jīng)過(guò)用不同電弧能量熔接的不同橫向偏置大小結(jié)構(gòu)后的激發(fā)和耦合

3、情況進(jìn)行了詳細(xì)研究，為制作基于偏置結(jié)構(gòu)的傳感器提供了基礎(chǔ)。
　　 ②用單模光纖分別和實(shí)芯光子晶體光纖、空芯光纖橫向小偏置熔接制作了端頭型光纖琺珀傳感器；用單模光纖和空芯光纖橫向小偏置熔接制作了光纖馬赫曾德干涉?zhèn)鞲衅?。并?duì)制作的傳感器進(jìn)行了高溫環(huán)境下溫度特性的實(shí)驗(yàn)研究。
　　 ③提出并制作了橫向大偏置結(jié)構(gòu)的開(kāi)腔型光纖馬赫曾德干涉式傳感器和光纖琺珀干涉式傳感器；該類(lèi)傳感器由于待測(cè)物質(zhì)易進(jìn)入開(kāi)腔內(nèi)并與腔中光場(chǎng)相互作用，折射率靈

4、敏度非常高，而且由于采用的是單模光纖，成本非常低。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，這兩類(lèi)開(kāi)腔傳感器耐高溫性能都很好，諧振峰都隨折射率變化而線性漂移且靈敏度都很高。其中，馬赫曾德傳感器折射率響應(yīng)靈敏度約-3400pm/RIU(RIU：1.0～1.0022)，溫度交叉敏感系數(shù)～36pm/℃；琺珀傳感器折射率響應(yīng)靈敏度大于1500nm/RIU(RIU：1.0～1.0022)，溫度交叉敏感系數(shù)小于0.25pm/℃。
　　 ④鑒于偏置結(jié)構(gòu)在軸向應(yīng)變作用下熔

5、接點(diǎn)存在應(yīng)力集中、結(jié)構(gòu)畸變，從而應(yīng)變響應(yīng)線性差，不適于應(yīng)變測(cè)試等缺點(diǎn)，提出了兩種方法--通過(guò)改變?nèi)劢咏佑|點(diǎn)端面形狀和對(duì)光纖端面進(jìn)行腐蝕再熔接，在單模光纖上熔接出微氣泡結(jié)構(gòu)光纖去珀腔來(lái)用于應(yīng)變測(cè)量。對(duì)制作的微氣泡傳感器實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，該傳感器具有達(dá)約4pm/με的高應(yīng)變靈敏度和小于0.9pm/℃的低溫度交叉敏感系數(shù)，可測(cè)試應(yīng)變范圍可達(dá)6500με，可以在600℃高溫下進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試。
　　 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為：.(1).比較系統(tǒng)地