光纖-聚合物高靈敏溫度傳感結(jié)構(gòu)的制備及特性研究.pdf

1、溫度作為影響工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的重要參數(shù)，對(duì)其的監(jiān)測(cè)具有重要的意義。光纖溫度傳感器由于其尺寸小、響應(yīng)快、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)而吸引了廣泛關(guān)注。目前報(bào)道的光纖溫度傳感結(jié)構(gòu)主要有光纖光柵溫度傳感結(jié)構(gòu)和光纖干涉型溫度傳感結(jié)構(gòu)。光纖干涉型溫度傳感結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、易制作、傳輸性能好等優(yōu)點(diǎn)，但在此類傳感結(jié)構(gòu)中，溫度的傳感元件為光纖自身，受到光纖熱光系數(shù)和熱膨脹系數(shù)的限制，溫度靈敏度往往較低。因此，本文提出利用飛秒激光雙光子聚合技術(shù)制備基

2、于SU-8光刻膠的光纖-聚合物溫度傳感結(jié)構(gòu)，用于溫度和折射率的傳感。具體內(nèi)容如下：
　　提出并制備了一種基于單固態(tài)SU-8光刻膠懸空波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光纖-聚合物馬赫澤德干涉?zhèn)鞲薪Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用于溫度和折射率傳感。這種馬赫澤德干涉?zhèn)鞲薪Y(jié)構(gòu)利用飛秒激光直接聚合法在光纖端面聚合微槽，再利用熔接機(jī)熔接，制備出光纖內(nèi)的微腔結(jié)構(gòu)，然后利用飛秒激光雙光子聚合技術(shù)在光纖微腔內(nèi)制備基于單固態(tài)SU-8光刻膠的懸空波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，形成馬赫澤德(Mach-Zehnder，

3、簡(jiǎn)稱M-Z)干涉?zhèn)鞲薪Y(jié)構(gòu)。仿真得出基于單固態(tài)SU-8光刻膠的光纖-聚合物溫度傳感結(jié)構(gòu)內(nèi)部的光傳輸特性，以及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸及相對(duì)位置對(duì)結(jié)構(gòu)干涉光譜的影響；理論計(jì)算得出該結(jié)構(gòu)的溫度和折射率靈敏度，并在實(shí)驗(yàn)上測(cè)量其溫度靈敏度和折射率靈敏度，得出溫度靈敏度為478pm/ ℃（基于波長(zhǎng)移動(dòng)測(cè)量，溫度測(cè)量范圍25 ℃~65 ℃）,線性度為99.94％，較純光纖溫度傳感結(jié)構(gòu)，溫度靈敏度提高了一個(gè)量級(jí)，折射率靈敏度為-8178.086nm/RIU（基于波

4、長(zhǎng)移動(dòng)測(cè)量，折射率范圍1.333~1.342）。
　　提出并制備了基于雙固態(tài)SU-8光刻膠的光纖-聚合物馬赫澤德干涉?zhèn)鞲薪Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用于高靈敏度溫度傳感。此結(jié)構(gòu)利用飛秒激光雙光子聚合技術(shù)將未曝光的熱固化SU-8光刻膠代替空氣封入基于單固態(tài)SU-8光刻膠懸空波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光纖-聚合物馬赫澤德干涉?zhèn)鞲薪Y(jié)構(gòu)中制備而成。利用兩種固態(tài)SU-8光刻膠的較小折射率差和較大的熱光系數(shù)差獲得溫度的高靈敏度傳感。理論計(jì)算得出結(jié)構(gòu)的溫度靈敏度，并實(shí)驗(yàn)測(cè)得其溫度