基于光子晶體光纖的新型傳感器實驗研究.pdf

1、光子晶體光纖的包層中一般包含了周期性排列的空氣孔陣列，其特殊的結構使得這一類光纖具有傳統(tǒng)光纖所不具備的諸多特性，比如無截止單模傳輸，低非線性，寬傳輸帶寬，以及優(yōu)異的色散特性等。結構上的多樣性和優(yōu)良的傳輸特性，使得基于這種光纖的傳感器件表現(xiàn)出出色的性能，并受到人們的極大關注。本論文采用飛秒激光微加工技術和光纖熔接技術，基于雙芯光子晶體光纖和簡化空芯光子晶體光纖，通過實驗制作了幾種新型光纖傳感器，并研究了這幾種傳感器的傳感特性。
　　

2、本研究主要內容包括：⑴探討了光子晶體光纖的基本理論。包括全內反射和光子帶隙效應這兩種傳輸機制。討論了光纖結構，比如空氣孔尺寸和排列參數等，對光纖傳輸特性的影響。介紹了制備光纖傳感器所使用的實驗手段，包括飛秒激光微加工和光纖熔接技術等。討論了飛秒激光燒蝕的機制，以及其在微加工方面的優(yōu)勢。⑵采用飛秒激光微加工和光纖熔接技術，基于雙芯光子晶體光纖制作了光纖模式干涉儀器件。通過使用飛秒激光在光子晶體光纖端面引入微型錐狀結構，成功的激發(fā)纖芯的高階

3、模式。使用Comsol Multiphysics軟件對雙芯光纖纖芯里面的模式進行了仿真模擬，并根據仿真結果分析了參與干涉的光纖模式。通過實驗研究了干涉儀器件的應力傳感特性和溫度傳感特性。⑶使用光纖熔接技術，制作了基于簡化空心光子晶體光纖的干涉儀傳感器。通過在簡化空心光子晶體光纖與單模光纖的熔點位置引入橫向錯位的形式，將光子晶體光纖中的高階模式激發(fā)，實現(xiàn)模式干涉。使用COMSOL軟件計算了這種光纖的模式特性，仿真了參與干涉的模式的模場分布

4、圖。利用光纖中的模場分布的柱向對稱的特性，實現(xiàn)了彎曲角度傳感的方向無關特性。通過實驗研究了這個光纖干涉儀器件的高溫穩(wěn)定特性。⑷采用飛秒激光輔助選擇性填充技術，將簡化空芯光子晶體光纖的一個包層空氣孔填充酒精，制作了基于這種光纖的填充器件。介紹了這樣的填充器件的光譜特性，分析了光譜產生的原理，并使用一個雙層F-P腔的反諧振反射光波導的模型來描述實驗光譜，與實驗結果能夠很好的吻合。利用器件光譜與光纖表面反射系數的關系，將器件應用于水位傳感，并