导　　师： 王义平; 廖常锐

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 深圳大学

摘　　要： 光纤传感器已经广泛应用于物理、化学以及生物测量等领域,其中干涉型光纤传感器更是研究的热点。目前,采用空气微腔干涉的光纤传感器已经被广泛应用在折射率、温度、应变、压力等物理量传感。本论文针对气泡微腔形成的光纤器件,展开了理论分析、微腔制备、传感应用以及模式调控等几方面研究工作。本论文主要创新点:(1)利用优化改进的电弧放电技术制备光纤端面气泡微腔,实现了亚微米厚度(320nm)的全石英薄膜制备,进一步将该气泡微腔形成了光纤FPI且应用到气压传感领域;同时,利用对FPI干涉光谱的包络实时监测,实现了石英薄膜的厚度评估。实验中,我们测试了光纤端面气泡微腔的气压响应:测试样品具有500 nm厚的石英薄膜,在波长1550 nm附近获得气压灵敏度为1036 pm/MPa且对应温度引起气压交叉干扰为960Pa/?C。该端面气泡微腔的特殊稳定结构使其更适合于高压恶劣环境中应用。(2)理论分析薄膜结构参数与其气压响应的关系,提出光纤端面气泡微腔的气压曾敏方案。优化电弧放电技术,实现了亚微米级石英薄膜的整形、转移及焊接的一整套热加工技术,且成功完成具有170 nm厚全石英薄膜的光纤端面微腔制备。这也是目前报道的最薄石英薄膜。实验结果表明,具有类似厚度薄膜情况下,其整形之后的光纤FPI对气压响应灵敏度提高到了12.2 nm/kPa,相对光纤端面气泡气压灵敏度提高了285倍。此外,该器件耐受温度测试高达1000oC,且具有良好的高温稳定性。(3)利用液体高温汽化原理实现了光纤圆形气泡微腔的制备且形成光纤FPI应变传感器。同时,采用优化的电弧放电技术完成了气泡微腔整形,从根本解决了该类器件干涉对比度低的缺陷。此外,我们实现了该类器件应变灵敏度的增敏技术,通过整形降低气泡微腔腔长成功将初始应变灵敏度2.9 pm/μ?提高到6.0 p

关 键 词： 光纤传感器 电弧放电 气泡微腔 法布里珀罗干涉仪 回音壁谐振器 气压传感 应变传感 可调谐振器

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