飛秒激光制作體光柵及新型光纖傳感器件的實驗研究.pdf

1、飛秒激光微加工由于加工精度高、質量好以及可實現三維加工等優(yōu)點，被廣泛應用于對各種材料的加工處理。由于脈沖時間極短（<1ps），在飛秒激光作用下，脈沖能量能夠在極短的時間內注入焦點區(qū)域的材料內，有效抑制了加工過程中熱效應的影響。利用飛秒激光微加工的這些獨特優(yōu)點，可以在多種材料表面或內部制作新穎的微型光器件。本論文開展了飛秒激光微加工硅晶片、石英玻璃及光纖材料的實驗研究。結合理論分析與數值模擬，基于飛秒激光三維加工在石英玻璃內部制作了體光柵

2、；利用飛秒激光燒蝕在光纖內部制作了幾種新型光纖傳感器件并實驗研究了它們的傳感特性。全文的主要研究內容如下：
　　 (1) 以飛秒激光微加工硅晶片為例詳細介紹了飛秒激光材料微加工的方法和過程，結合光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）及電子能譜儀（EDX）等技術與儀器，分析了飛秒激光對硅晶片進行鉆孔與切割的形貌特征、燒蝕速率以及表面氧化特性，并采用優(yōu)化的加工參數制備了應用于微機電系統（MEMS）的微型硅模具。
　　 (2)

3、實驗研究了飛秒激光對石英玻璃的燒蝕閾值及體內光學損傷閾值，以及飛秒激光在石英玻璃內部直寫體光柵的加工工藝，并結合有限元方法（FEM）的模擬結果分析了體光柵的衍射特性。
　　 (3) 開展了基于飛秒激光微細加工方法在單模光纖（SMF-28）上制備微孔折射率傳感器件的實驗研究，結合一個幾何光學模型以及時域有限差分方法（FDTD）數值模擬，詳細闡釋了微孔折射率傳感器的透射譜特性與工作原理。
　　 (4)基于飛秒激光鉆孔方法，在

4、單模光纖以及光子晶體光纖（LMA-10）上制備了微孔結構的長周期光纖光柵（LPFG），并結合有限元方法（FEM）模擬與局部耦合模理論計算分析了此類微孔結構長周期光纖光柵的透射譜特性；使用可調諧激光器及紅外CCD 觀測了微孔結構長周期光纖光柵的模場形貌，并利用PDL 測試儀分析了微孔結構長周期光纖光柵的偏振相關損耗（PDL）；通過填充標準折射率匹配液（Cargille），研究了單模光纖上的微孔結構長周期光纖光柵對折射率的靈敏度。