光纤法布里—珀罗干涉仪传感器的加工技术研究

作     者：刘鹏飞 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜澜

授予年度：2016年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：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 

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。