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范例一：(K=图书馆学 OR K=情报学) AND A=范并思 AND Y=1982-2016
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- 34 篇 物理学

主题

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4 篇 光纤光学
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3 篇 波导激光
3 篇 马赫-曾德尔干涉仪...
3 篇 飞秒激光加工
3 篇 滤波器
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2 篇 迈克尔逊干涉仪
2 篇 频率选择表面
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2 篇 michelson干涉

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5 篇 湖北师范大学
5 篇 中国科学院上海光...
5 篇 山东师范大学
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作者

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4 篇 王杰
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4 篇 陈燕青

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158 篇 中文

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基于飞秒激光直写的硫系光纤传感器设计及其制备研究

基于飞秒激光直写的硫系光纤传感器设计及其制备研究

引用

作者：王磊磊宁波大学

学位级别：硕士

相对于传统电学传感器,光纤传感器具有微型化、高灵敏度、抗电磁干扰、抗腐蚀、结构紧凑等诸多优点。目前,基于通信光纤的近红外光纤传感器已经被广泛应用到航空航天、石油化工以及结构健康监测等领域。而中红外光纤传感器的发展则要落... 详细信息

相对于传统电学传感器,光纤传感器具有微型化、高灵敏度、抗电磁干扰、抗腐蚀、结构紧凑等诸多优点。目前,基于通信光纤的近红外光纤传感器已经被广泛应用到航空航天、石油化工以及结构健康监测等领域。而中红外光纤传感器的发展则要落后于近红外光纤传感器的发展,其主要是受限于中红外激光源的研制。近些年,随着量子级联激光器的商业化,中红外光纤传感器在生物化学分子的检测上引起了广泛的关注。硫系玻璃光纤作为唯一可覆盖中远红外信号传输的光纤介质,而被广泛应用到中红外光纤传感系统的搭建。硫系玻璃光纤由硫系玻璃拉制而成。它具有诸如宽透过范围、高非线性、低声子能量、组分可调、易拉制成丝等优点,因此硫系光纤在红外传感系统上得到了广泛关注。随着激光技术的发展,飞秒激光由于其超短脉冲宽度和超强能量密度,在光子器件制备和材料表面修饰等方面的应用日益显著。本文在对硫系光纤传感器的国内外研究现状进行了整理和总结的基础上,开展了以下几个方面的工作。（1）设计了一种基于硫系锥形光纤的高灵敏度的长周期光纤光栅温度传感器。通过优化光纤的结构参数,LPFG温度传感器在谐振波长为1.55μm处,灵敏度达到了1.89 nm/℃,这一数值高于锥形石英LPFG温度灵敏度一个数量级。另外该传感器对外界折射率变化表现出不敏感的特性。（2）搭建了飞秒激光直写平台。基于该平台采用线条式的加工方式制备了石英长周期光纤光栅,其损耗峰的下降达到了-16 d B,通过模拟仿真计算得到光纤光栅的折射率调制度为5×10-4。通过对激光功率、平台移动速度及离焦量加工参数的研究,实现了在As2S3单模光纤上直写LPFG。（3）设计并制备了一种基于四孔硫系悬吊芯光纤的中红外气体传感器。所制备的四孔硫系悬吊芯光纤透过范围为2-6μm,最低损耗为1 d B/m。该光纤能够极大增加光与待测气体接触面积,提高灵敏度。为了实现检测的实时性,通过飞秒激光直写在悬吊芯光纤的侧面引入了周期性的流通渠道。实验表明该传感器对甲烷的最低检测阈值为100 ppm,响应时间小于20s。

关键词：硫系光纤飞秒激光微加工光纤传感器长周期光纤光栅微结构光纤

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飞秒激光相位掩模法制备光纤光栅及双参数传感研究

飞秒激光相位掩模法制备光纤光栅及双参数传感研究

引用

作者：谭展深圳大学

学位级别：硕士

本文主要围绕飞秒激光相位掩模法制备光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)技术及飞秒激光微加工技术展开研究。利用该技术制备了实用性较强的温度、应变双参数传感器和温度、气压双参数传感器。主要内容如下:1.介绍了光纤传感器及... 详细信息

本文主要围绕飞秒激光相位掩模法制备光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)技术及飞秒激光微加工技术展开研究。利用该技术制备了实用性较强的温度、应变双参数传感器和温度、气压双参数传感器。主要内容如下:1.介绍了光纤传感器及FBG的传感应用。介绍了国内外飞秒激光相位掩模法制备FBG的研究进展。介绍了温度应变、温度气压双参数传感器的研究背景及意义。2.研究了飞秒激光相位掩模法制备FBG的写制机理及FBG对温度、应变的传感机理,为下文的传感器设计打下理论基础。3.搭建紫外飞秒激光相位掩模法制备FBG系统和光纤载氢增敏系统,利用该系统制备出高质量的FBG。研究了FBG制备工艺和光谱生长特性。4.研究了一种基于空芯光纤和FBG级联的温度、应变双参数光纤传感器。实验结果表明该新型光纤传感器空芯光纤和FBG的温度灵敏度分别为24.55 pm/℃和12.76 pm/℃,轴向拉伸应变灵敏度分别为-0.70 pm/με和1.02 pm/με,并且具有99%以上的线性度。通过建立温度与应变之间的敏感矩阵方程,可以有效解决温度-应变之间的交叉敏感问题,实现对外界温度与应变双参数的同时测量。5.研究了一种基于开孔空芯光纤和FBG级联的温度、气压双参数光纤传感器。空芯光纤内波导传输符合反谐振原理,利用飞秒激光微加工技术开孔后,外界气压会影响其空气纤芯的折射率,导致谐振峰漂移。由于温度的变化也会导致空芯光纤谐振峰漂移,级联FBG可以有效避免温度和气压之间的交叉响应,实现温度和气压的高精度同时测量。实验测得开孔空芯光纤气压灵敏度高达-3.847nm/Mpa,FBG对气压无响应。开孔空芯光纤和FBG的温度灵敏度分别为24.6 pm/℃、12.58 pm/℃。气压和温度的测量范围分别为0.1 Mpa、2000℃,可用于高温高压环境中。

关键词：光纤传感器光纤布拉格光栅空芯光纤飞秒激光微加工

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光纤Fabry-Perot压力和声波传感器的传感特性研究

光纤Fabry-Perot压力和声波传感器的传感特性研究

引用

作者：陈永璋深圳大学

学位级别：硕士

光纤传感器的特点包括轻便、无源、柔性、不受电磁辐射干扰、防燃防爆、复用性高等,可用于监测从压力、温度、位移、液面、角速度、电流等物理量到葡萄糖、病原体、氨气、氢气等生物化学量。一直以来,发展光纤传感技术的新方法,拓宽光... 详细信息

光纤传感器的特点包括轻便、无源、柔性、不受电磁辐射干扰、防燃防爆、复用性高等,可用于监测从压力、温度、位移、液面、角速度、电流等物理量到葡萄糖、病原体、氨气、氢气等生物化学量。一直以来,发展光纤传感技术的新方法,拓宽光纤传感器的应用场景是非常重要的研究课题,光纤传感已成为当前最有前景的研究领域之一。平整光滑的光纤端面和微米级厚度的薄膜组成的光学反射面可构成光纤法布里-珀罗干涉仪。薄膜材料的选择、制备以及传感器的组装是法珀型光纤传感器的关键。本论文对紫外光固化聚合物薄膜作为压力敏感材料和硅橡胶薄膜作为声压敏感材料进行研究,主要分析影响薄膜形状和厚度的加工工艺和参数,理论分析聚合物薄膜光纤传感器的反射光谱,实验探究聚合物薄膜光纤传感器的传感特性。本论文的主要研究内容如下: (1)概述了光纤传感技术的特点、研究背景、发展前景和技术应用,介绍了四种不同结构的干涉型光纤传感器并对传感器的工作原理进行简单的介绍,对光纤压力传感器和光纤声波传感器的研究现状进行归纳,分析当前存在的问题和待解决的关键技术。 (2)首次利用悬垂固化法制备了紫外光固化聚合物薄膜光纤压力传感器,探究并优化聚合物薄膜的制备工艺。提出一种基于空芯光纤的膜片式空腔结构,聚合物膜片压力传感器由普通单模光纤、空芯光纤和聚合物膜片构成。通过理论计算出光纤传感器的反射光谱并与测量的光谱进行对比,实验探究并分析不同薄膜厚度和空芯光纤长度对反射光谱结构的影响,对比分析了不同薄膜厚度的压力传感特性。根据聚合物薄膜的形状结构以及紫外光固化胶的材料特征,采用有限元分析法模拟聚合物薄膜在温度变化时的热致形变过程。实验数据表明,在0～30 k Pa范围内,聚合物薄膜光纤压力传感器的压力灵敏度高达396 pm/k Pa,比传统聚合物光纤压力传感器高350倍。聚合物薄膜光纤压力传感器的线性拟合系数大于0.9996,对压力变化响应迅速,在生物医学领域的高精度压力测量方面有较高的应用潜力。 (3)实验提出了一种基于硅橡胶薄膜的非本征型光纤声波传感器,对硅橡胶薄膜的制备工艺进行优化,测量了硅橡胶薄膜光纤声波传感器的声学特征。采用生物兼容性好、粘附性高、机械强度高的硅橡胶作为声波敏感薄膜材料,利用旋涂-蘸取的方法制备了厚度均匀可控、组装方便的硅橡胶薄膜。外界声压的变化可引起薄膜振动,导致传感器输出的干涉光强周期性起伏,通过光电探测器将光信号转换为电信号后再进行信号处理可得到原始声音的详细信息。实验测量了硅橡胶薄膜光纤声波传感器的声压灵敏度、最低声压探测极限、频率特征曲线以及时域响应曲线。数据显示,在1.5 k Hz共振频率下该声波传感器的声压灵敏度高达387 m V/Pa,信噪比大于48 d B,可用于光声光谱领域和微弱声波信号的检测。 (4)对光纤尖端悬臂梁传感器的光学结构、传感和解调方法进行理论分析。介绍了激光与材料相互作用原理以及飞秒激光的加工特点。基于飞秒激光的高精度微加工特性和悬臂梁结构光纤传感器的高灵敏度,首次提出了悬臂梁结构的硅橡胶薄膜光纤声波传感器。搭建了悬臂梁结构硅橡胶薄膜的飞秒激光加工平台,实验探究了不同脉冲能量和不同重复频率下,飞秒激光对硅橡胶薄膜的烧蚀作用,利用飞秒激光将硅橡胶薄膜烧蚀切割成悬臂梁形状。对悬臂梁结构硅橡胶薄膜光纤声波传感器的声压灵敏度、频率响应特征曲线以及信噪比曲线进行实验测量。实验结果表明,悬臂梁结构可以大幅度提高光纤尖端膜片型声波传感器的声压灵敏度。基于悬臂梁结构的硅橡胶薄膜光纤声波传感器在痕量气体检测以及微振动监测方面有很高的应用价值。

关键词：聚合物薄膜光纤传感器飞秒激光微加工法布里-珀罗干涉仪

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基于内空腔型的光纤马赫-曾德干涉传感器的研究

基于内空腔型的光纤马赫-曾德干涉传感器的研究

引用

作者：葛云朋中国计量大学

学位级别：硕士

以飞秒激光微加工、光纤熔接机电弧放电、HF酸腐蚀等方式,实现了基于长内腔型的光纤马赫曾德干涉(MZI)传感器的设计制作。本文从研究方向确定到研究成果发表的整个过程为依托,详细论述了基于长腔型的光纤马赫-曾德干涉传感器的制作过程... 详细信息

以飞秒激光微加工、光纤熔接机电弧放电、HF酸腐蚀等方式,实现了基于长内腔型的光纤马赫曾德干涉(MZI)传感器的设计制作。本文从研究方向确定到研究成果发表的整个过程为依托,详细论述了基于长腔型的光纤马赫-曾德干涉传感器的制作过程、理论依据以及器件的优缺点,为该类型光纤传感器的实际应用提供了理论基础。具体内容如下:1、介绍了光纤传感的意义、发展。然后归纳总结了光纤传感器的分类和特点,其中重点介绍了基于M-Z干涉的光纤传感器原理和研究现状。最后简要说明了光纤传感的优势与应用。2、讨论分析了飞秒激光微加工技术的发展以及飞秒激光在材料中的作用结果,然后总结了由飞秒激光微加工技术制备光纤微结构的研究现状,以解决现有技术的劣势为目标,初步确定了本文的研究方向,最后由实验验证了初步构想结构的可行性,分析了结构制备的要点,对研究方向进行了合理的修正。3、提出了一种纺锤形长内空腔的光纤M-Z干涉传感器,在单模光纤中制作的结构可以实现对高温(1000℃)的准确测量,25-400℃温度区间的灵敏度为23.88pm/℃,400-1000℃的温度区间的灵敏度为33.5 pm/℃。在多模光纤中制作该结构可以实现对折射率的测量,其折射率灵敏度为47.87 nm/RIU。4、为了进一步探究基于长内空腔型的光纤M-Z干涉仪在光纤传感方面的应用,设计制作了一种带有开放通道的光纤马赫-曾德干涉(MZI)气压传感器。该器件以纺锤形长内空腔为基础,通过氢氟(HF)酸腐蚀的方法产生了一个与外部环境连接的微通道,实现了对气体压力的精确稳定测量。该结构具有极低的温度交叉串扰(2.58 kPa/℃)和较高的气压灵敏度(3351 pm/MPa)。本文提出的三种类型的光纤传感器可以分别实现对高温、折射率、气压精确传感测量。不同的传感器结构具有独特的优势,且兼具性能稳定、制作简单、制作成本低等特点,使其在工程中实际应用成为可能。

关键词：光纤传感器马赫曾德干涉仪飞秒激光微加工光纤微腔光纤微通道

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基于花生形结构的马赫—曾德尔光纤传感器

基于花生形结构的马赫—曾德尔光纤传感器

引用

作者：王钏文中国计量大学

学位级别：硕士

在这个大数据、人工智能、区块链的网络急速发展时代,对于数据的采集、传输和分析以及作为数据信息传输的介质---电子电路器件及光纤传感器件的发展,提出了前所未有的要求。本文所设计制作的基于马赫-曾德尔干涉原理的光纤传感器,凭借... 详细信息

在这个大数据、人工智能、区块链的网络急速发展时代,对于数据的采集、传输和分析以及作为数据信息传输的介质---电子电路器件及光纤传感器件的发展,提出了前所未有的要求。本文所设计制作的基于马赫-曾德尔干涉原理的光纤传感器,凭借着它特有的一些性质,如:特别简单的制作工艺、十分强大的抗挫性、高数量级的环境变化敏感度及非常短的响应时长,在光纤器件以及嵌入式电子电路等研究中,愈发的火热。本论文将会按照下面的编排格式进行编排和叙述:1、对各类不同结构、不同应用领域的光纤传感器进行了理论方面的分析总结;介绍了飞秒激光器的软硬件系统组成、光纤微加工原理及光纤微拉锥技术;理论分析了微孔加工孔径大小与飞秒激光能量密度的关系;介绍了马赫-曾德尔传感器温度、应变、折射率方面的理论研究,并对传感器温度、应变双参数同时测量及温度、折射率双参数同时测量的原理进行了概述;2、利用飞秒激光微加工技术,首次设计实现了基于微拉锥工艺,具有超小体积尺寸、高温度灵敏度、高应变灵敏度的内置双孔花生形传感器;该传感器在温度灵敏度方面达到了60.46pm/℃,较FBG(Fiber Bragg Grating光纤布拉格光栅)型光纤传感器高5倍,应变灵敏度达到了3.25pm/με,超过3倍的FBG型光纤传感器;3、分别设计制作了基于锥形-花生形级联结构的保偏光纤传感器及细芯光纤传感器;分别对这两种传感器的温度特性、应变特性进行了实验研究,并结合灵敏度系数矩阵,分别对其进行了温度及应变的双参数同时测量;保偏光纤制作的传感器对温度的灵敏度达到了51.383pm/℃,该灵敏度大小较FBG型光纤传感器高4倍,应力灵敏度为-1.5pm/;细芯光纤制作的传感器对温度的灵敏度达到了32.6pm/℃,较普通的MZI(Mach-Zehnder Interference马赫-曾德尔干涉)型传感器高,应变灵敏度达到了-2.2321pm/με,且该传感器在进行应变实验研究时,最大应变承受量为1600με,说明该传感器结构坚固、强度大、不易损坏;4、分别设计制作了基于球形-花生形级联结构的保偏光纤传感器及细芯光纤传感器;分别对这两种传感器的温度特性、折射率特性进行了实验研究,并利用灵敏度系数矩阵,分别对其进行了温度及折射率的双参数同时测量;保偏光纤制作的传感器对温度的灵敏度为19.5pm/℃,折射率灵敏度达到了242.105nm/RIU,较LPFG(Long Period Fiber Grating长周期光纤光栅)型传感器灵敏度高,且体积尺寸上更具优势;细芯光纤制作的传感器对温度的灵敏度达到了148.22pm/℃,较FBG型传感器灵敏度高12倍,折射率灵敏度达到了-43.651nm/RIU;

关键词：飞秒激光微加工光纤微拉锥花生形结构马赫-曾德尔干涉

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金属卤化物钙钛矿材料的激光表面调控和发光性能研究

金属卤化物钙钛矿材料的激光表面调控和发光性能研究

引用

作者：武晓蕊华北电力大学

学位级别：硕士

金属卤化物钙钛矿中的MAPbX3材料的吸收系数较高、陷阱密度较低、载流子扩散长度较长、载流子迁移率较高,这些优异的光电性能使MAPbX3材料更好地应用于光伏太阳能电池、发光二极管、激光器等领域。飞秒激光微加工技术适用于多种材料,可... 详细信息

金属卤化物钙钛矿中的MAPbX3材料的吸收系数较高、陷阱密度较低、载流子扩散长度较长、载流子迁移率较高,这些优异的光电性能使MAPbX3材料更好地应用于光伏太阳能电池、发光二极管、激光器等领域。飞秒激光微加工技术适用于多种材料,可以实现高质量和高精度的加工,且能进行三维内部加工。本文利用飞秒激光微加工平台对MAPbBr3单晶和薄膜进行表面辐照,主要通过光致发光光谱技术和时间分辨光致发光光谱技术来研究飞秒激光辐照对MAPbBr3材料发光性能的影响。本文利用飞秒激光对MAPbBr3单晶表面进行辐照,通过分析不同辐照条件下样品的表面形貌、荧光光谱和荧光动力学曲线的变化,发现飞秒激光辐照后会使单晶的荧光强度降低、荧光寿命增加。随后利用Saha-Langmuir方程确认单晶体相内电子和空穴的复合发光占主导地位。最后,结合瞬时寿命公式推测飞秒激光辐照增加了单晶的体相寿命和表面复合速率,两者的共同作用导致了单晶的荧光寿命增加而荧光强度降低,其中体寿命的增加起到了主要作用。论文还利用飞秒激光对两种不同制备工艺的MAPbBr3薄膜进行辐照,来探究飞秒激光辐照对两种薄膜产生的不同影响。首先通过比较两者的表面形貌、XRD图谱和吸收光谱特征证实了薄膜A的表面质量更加优越。随后通过对比不同辐照条件下两者的表面形貌、荧光光谱及荧光动力学曲线等。发现两种薄膜的表面形貌、荧光强度和荧光寿命等发生明显变化时,对应的激光辐照能量（光损伤阈值能量）存在较大差值。本文认为,薄膜B表面存在大量缺陷态,且具有比较明显的晶界。因此使薄膜B表面的载流子主要参与非辐射复合过程,且载流子的扩散现象被限制。非辐射复合过程中产生的热量,以及载流子聚集产生的热效应,共同导致了薄膜B表面更易受到光损伤的结果。

关键词：飞秒激光微加工 MAPbBr3 发光性能

来源：评论

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飞秒激光写制新型光纤微腔MZI传感特性研究

飞秒激光写制新型光纤微腔MZI传感特性研究

引用

作者：殷丽梅南开大学

学位级别：硕士

光纤Mach－Zehnder干涉仪传感器以其制作方式灵活、性能优良等特性获得广泛关注与深入研究。飞秒激光写制的光纤微腔MZI为全光纤结构，具有耐高温、环境适用性强等优势，在化学、生物检测及环境监测中具有潜在的应用价值。并且，这种新... 详细信息

光纤Mach－Zehnder干涉仪传感器以其制作方式灵活、性能优良等特性获得广泛关注与深入研究。飞秒激光写制的光纤微腔MZI为全光纤结构，具有耐高温、环境适用性强等优势，在化学、生物检测及环境监测中具有潜在的应用价值。并且，这种新型干涉仪制作方法简便、重复性好，有望实现批量生产。我们在实验中发现，飞秒激光写制的光纤微腔两侧壁与纤芯轴向不完全垂直，且两侧壁通常是非平行的。非平行壁光纤微腔Mach－Zehnder干涉仪出现了光程差随波长增大而线性减小、微腔总损耗随波长增大呈递减变化等反常现象。对此，经深入分析和研究，本文提出非平行壁光纤微腔Mach－Zehnder干涉仪新模型并初步建立了分析理论，对这种新型光纤微腔干涉仪的光学特性进行了深入研究，取得了一些创新性研究成果。本论文的主要研究工作及成果包括：\n 1.通过探索和优化系统加工参数和微腔结构参数，利用飞秒激光微加工辅以化学腐蚀法设计并研制出水溶液中干涉条纹对比度高达35dB的非平行壁光纤微腔Mach－Zehnder干涉仪，随后对造成侧壁倾斜的原因进行了深入分析。对于倾斜角度，优化系统各加工参数可在一定程度上加以控制，多次实验发现：聚焦显微物镜数值孔径越大，微腔侧壁倾斜角度越大；飞秒激光功率越大，微腔侧壁倾斜角度越小。\n 2.提出非平行壁光纤微腔Mach－Zehnder干涉仪新模型并初步建立了分析理论，采用新模型及分析理论对新型微腔干涉仪特性进行了研究。数值分析了微腔深度、侧壁倾斜角度等参数对干涉谱峰值位置的影响，理论研究了微腔的光波传输损耗、吸收损耗、插入损耗、材料红外吸收损耗以及它们对干涉条纹对比度的影响，理论分析与实验结果相符。\n 3.理论分析并实验研究了新型非平行壁光纤微腔Mach－Zehnder干涉仪的传感特性。其温度传感灵敏度较小，仅为0.026nm/℃，与理论值相当；用于流体传感实验研究时，获得的蔗糖水溶液折射率灵敏度高达－12937.31±295.62nm/RIU和－15995.20±120.16nm/RIU。应用研究表明：非平行壁光纤微腔Mach－Zehnder干涉仪可用于温度不敏感的高精度“点”式测量。\n 4.飞秒激光微加工作为辅助光子晶体光纤选择性填充的新方法以其实现过程简单、制作方法灵活等优势倍受关注，本论文仅对激光辅助的光子晶体光纤选择性填充进行了初步探索，实验与数值模拟结果表明：选择性填充PCF的传输特性强烈依赖于填充的空气孔数目及位置，其中最内层空气孔的影响最大，越向外层影响越小；部分填充的PCF既能保持完全填充PCF的调谐特性又可使光纤传输损耗极大的被降低。

关键词：光纤传感器非平行壁光纤微腔飞秒激光微加工流体传感光学特性数值模拟

来源：评论

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基于飞秒激光直写的光纤曲率传感器的研究

基于飞秒激光直写的光纤曲率传感器的研究

引用

作者：王鹏华中科技大学

学位级别：硕士

光纤传感器自上世纪七十年代被提出,由于具有抗电磁干扰、结构紧凑、安全稳定、结构多样以及可实现分布式传感等独特优势,一直是人们研究的热点之一。随着光纤传感技术的不断发展和成熟,以及当今信息化社会对传感器件的巨大需求,光纤传... 详细信息

光纤传感器自上世纪七十年代被提出,由于具有抗电磁干扰、结构紧凑、安全稳定、结构多样以及可实现分布式传感等独特优势,一直是人们研究的热点之一。随着光纤传感技术的不断发展和成熟,以及当今信息化社会对传感器件的巨大需求,光纤传感器越来越多地被应用于建筑、机械、医疗、能源、航天航空、环境监测等各个领域。同时,上世纪九十年代提出的飞秒激光微加工技术,由于具有较高的加工精度,可在材料内部进行三维加工的高自由度,以及在加工材料和加工方式选择上的灵活性等优势,被人们用于光子器件的制造中,并为光纤传感器件的发展提供了新的可能。本文探究了飞秒激光微加工系统的不同加工工艺,并将其应用到光纤弯曲传感器的制造中。在提出传感器结构设计后,对传感器原理进行理论分析和软件仿真,并搭建传感测试系统对其传感性能进行探究。主要的工作内容和结论如下:（1）阐述了非线性吸收和雪崩电离在飞秒激光脉冲对透明介质加工过程中所起的作用,分析了激光脉宽τ、脉冲能量E、物镜数值孔径NA、重复频率R对飞秒激光加工的影响。在此基础上,利用实验室所提供的飞秒激光加工系统,实现了多种器件结构的制作,包括了单模光纤中的逐点光纤布拉格光栅（FBG）和逐线FBG、石英玻璃中的平面波导、多通道波导和各种弯曲波导,以及空芯光纤中贯穿整个光纤壁的微孔的制作。（2）提出了一种新型的基于全光纤马赫泽德干涉仪（Mach–Zehnder interferometer,MZI）的光纤弯曲传感器,其主要结构由标准单模光纤（Single Mode Fiber,SMF）中插入的一段无芯光纤（No-Core Fiber,NCF）以及在NCF中利用飞秒激光直写制备的波导组成。通过基于光束传输法（Beam Propagation Method,BPM）的三维仿真发现,该结构的输出干涉谱效果和直写波导偏离光纤中心的位置有关。通过优化得到的样品用于弯曲传感,其最大的传感灵敏度达到14.98 nm/m-1,且环境温度的串扰可以忽略。本文提出的传感结构实现简单,同时保持了较大的传感灵敏度。（3）提出了一种基于SMF内全光纤MZI和FBG的双参量传感器,用于同时测量弯曲变化和环境温度变化。整个器件结构集成在同一段光纤的纤芯中,并且通过飞秒激光直写完成制作。通过基于BMP法的三维建模仿真研究了器件的传感特性,且得出的结论与后期实验结果基本吻合。器件的线性工作范围为0-10 m-1,测得最大灵敏度为1.09 nm/m-1。MZI和FBG的谐振峰对温度都有响应,其灵敏度分别为-11 pm/℃和10 pm/℃。因而通过对MZI和FBG波长漂移的解调,可以同时实现对弯曲和温度的传感。

关键词：光纤传感器飞秒激光微加工全光纤MZI 曲率传感

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基于双芯光纤的马赫—曾德尔干涉仪及传感应用

基于双芯光纤的马赫—曾德尔干涉仪及传感应用

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作者：李正勇深圳大学

学位级别：硕士

双芯光纤是一种新型的特种光纤,由于其特殊的折射率分布特性,基于双芯光纤的光纤无源器件广泛应用于光纤通信和传感领域。目前,基于双芯光纤的马赫-曾德尔干涉仪传感器的制作方法很多,常用的制作方法是熔接机的熔接技术,但是很难实现精... 详细信息

双芯光纤是一种新型的特种光纤,由于其特殊的折射率分布特性,基于双芯光纤的光纤无源器件广泛应用于光纤通信和传感领域。目前,基于双芯光纤的马赫-曾德尔干涉仪传感器的制作方法很多,常用的制作方法是熔接机的熔接技术,但是很难实现精密调制,并且在传感应用方面难以实现高精度的传感。本课题组提出利用飞秒激光微加工技术在双芯光纤中制作马赫-曾德尔干涉仪。该技术利用飞秒激光脉冲峰值功率高、脉冲短等特点,在介质表面或者内部产生微米级结构。由于飞秒激光与物质是非线性相互作用,其热影响区域小,加工质量相比于传统加工技术制作的质量高。因此,研究运用飞秒激光微加工技术在双芯光纤中制作马赫-曾德尔干涉仪是一个新型的、非常有意义的课题。本文对基于双芯光纤的马赫-曾德尔干涉仪进行了理论和实验研究。主要工作和创新性成果如下:(1)、介绍了双芯光纤、光纤马赫-曾德尔干涉仪、飞秒激光微加工技术的应用和研究现状。(2)、设计并搭建了一套飞秒激光微加工系统,该系统主要包括飞秒激光器、分光镜、半玻片、格兰棱镜、反射镜、显微镜系统和高精密三维电移平台等。运用该系统在普通单模光纤、双芯光纤、光子晶体光纤中成功地制作了不同类型的干涉仪,并对基于双芯光纤的马赫-曾德尔干涉仪进行了探索研究。(3)、利用飞秒激光在双芯光纤上制备开放式微腔型马赫-曾德尔干涉仪,并进行了折射率和温度传感实验,实验测得该传感器有超高的折射率灵敏度为-10981 nm/RIU和超低的温度交叉灵敏度为3.96×10-6 RIU/°C。因此可以忽略温度带来的影响。对该传感器进行理论分析,得到折射率灵敏度为-10690 nm/RIU。由此可知,实验与理论几乎一致。(4)、利用飞秒激光在双芯光纤上制备开放式微腔型马赫-曾德尔干涉仪,并进行了气压传感实验,实验测得该传感器的气压灵敏度为-9.6 nm/MPa。相比于其它传感器,灵敏度提高了一个数量级。通过理论分析可知,引起气压敏感的因素有两个:腔长的变化和腔内空气折射的率改变。进一步利用ANSYS有限元软件模拟仿真该传感器在气压环境下腔长的变化情况。由仿真结果可知:在1 MPa的环境下,微腔的长度增加了0.449nm,导致光谱漂移14 pm。光谱仪最小分辨率为20 pm,无法探测光谱的漂移。因此,可以忽略微腔长度的变化带来的影响。气压的变化引起的空气的折射率的变化成为了气压敏感的主要因素,理论计算气压灵敏度为9.52 nm/MPa,实验与理论一致。(5)、利用飞秒激光在双芯光纤上制备开放式微腔型马赫-曾德尔干涉仪,在干涉仪中填充磁流体后密封在一段玻璃管中。基于磁流体的磁光特性,当外界磁场改变时,磁流体的折射率也相应的改变,从而导致传输光的相位发生变化,传感器探测到这一变化后通过光谱仪转换为光谱的漂移。实验结果表明光谱线性漂移,并且该传感器有超高的磁场灵敏度为-37.1 nm/m T。与其它传感器相比,灵敏度提高了约两个数量级。此外,基于磁流体的热光特性,我们研究了磁流体填充双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度传感特性。实验发现传感器的温度灵敏度提高到纳米量级,灵敏度为1.36 nm/°C。(6)、设计并研制一种基于细芯光纤的迈克尔逊干涉仪,并进行了折射率和温度传感实验。实验发现光谱强度和波长都发生漂移,测得波长和强度灵敏度分别为-72.87nm/RIU(n=1.44)和-208.24 d B/RIU(n=1.44),温度灵敏度为48 pm/°C。如果过采用波长调制会有比较大的温度交叉灵敏度。然而,干涉光谱的强度不会随着温度的变化而变化。因此采用强度调制可以解决温度交叉敏感问题。

关键词：双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪飞秒激光微加工迈克尔逊干涉仪

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多芯光纤分布式矢量振动传感关键技术研究

多芯光纤分布式矢量振动传感关键技术研究

引用

作者：肖珣周深圳大学

学位级别：硕士

振动作为信息传递的载体,在工程应用中对于振动问题的研究具有重要的研究与应用价值。无论是在边境安防、地震监测、钻井勘探、深海探测,还是轨道检测、管道维护、侵入检测,振动传感器都具有广阔的应用前景,并已成为国内外研究的热点。... 详细信息

振动作为信息传递的载体,在工程应用中对于振动问题的研究具有重要的研究与应用价值。无论是在边境安防、地震监测、钻井勘探、深海探测,还是轨道检测、管道维护、侵入检测,振动传感器都具有广阔的应用前景,并已成为国内外研究的热点。光纤传感技术凭借光纤本身超低的传输损耗、抗电磁干扰以及对应变、温度等参数极为敏感等优势,具有相比于传统电学传感器更广泛的应用前景。本论文系统研究了分布式光纤矢量振动传感技术,包括传感光纤的制备以及单点和分布式矢量振动解调系统的搭建。开展了基于多芯光纤的曲率传感、矢量加速度传感以及分布式矢量振动传感。具体研究内容总结如下: （1）综述了光纤振动传感技术的研究现状,包括光纤干涉型、光纤光栅型、光纤激光型以及瑞利散射型振动传感技术。详细总结了基于瑞利散射的分布式声波传感器的研究现状。（2）研究了飞秒激光直写光栅/散射点阵列加工技术。研究了基于图像识别对纤芯聚焦情况的判定技术,结合位移平台实现了纤芯与飞秒激光焦点的自动对准,实现了全同弱反射光栅阵列（>200）和散射点阵列（>5000）的自动加工。（3）研究了多芯光纤光栅矢量传感机理与信号解调方法。系统研究了多芯光纤曲率传感原理、多芯光纤矢量加速度传感原理、基于多芯光纤光栅波长解调方法。制备得到的形状传感器的最大曲率灵敏度为55.49 pm/m-1,在进行2D形状恢复和3D形状恢复时分别存在4.51%和10.81%的最大误差。制备得到的矢量加速度计工作频率带宽范围为4至68 Hz,最大灵敏度为54.2 m V/g,在0–360°范围内的最佳方位角精度为0.21°。（4）研究了基于脉冲压缩ΦOTDR和多芯光纤的分布式矢量传感机理与信号解调方法。实现了以1.1 m的系统空间分辨和1.1 pε/√Hz的应变分辨率以最小1.92°的方向重构误差进行分布式矢量振动传感。（5）研究了高空间分辨率的分布式光纤振动传感。开展了空间分辨率为1 cm的分布式声发射探测实验,实现了对多点声发射信号的探测和定位;设计了光纤传感面阵,通过在结构件表面布设光纤传感面阵实现对应变、振动分布的监测。

关键词：光纤传感多芯光纤光纤光栅飞秒激光微加工矢量振动传感分布式声波传感

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