微納光纖光柵制作及其折射率傳感研究.pdf

1、微納光纖光柵結(jié)合了納米光纖較強(qiáng)的倏逝場(chǎng)特點(diǎn)以及光纖布拉格光柵較強(qiáng)的波長(zhǎng)選擇特性，突破了傳統(tǒng)光纖布拉格光柵本身對(duì)折射率不敏感的局限性，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。由于化學(xué)腐蝕法制作微納光纖光柵耗時(shí)較長(zhǎng)，不適于商業(yè)化生產(chǎn)。因此，本論文通過結(jié)合光纖熔融拉錐系統(tǒng)以及光柵刻寫系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了一種制作微納光纖光柵的方法，優(yōu)化了制作參數(shù)，并對(duì)其折射率傳感特性進(jìn)行了研究。
　?。?）實(shí)驗(yàn)研究了熔融拉錐法制作微納光纖的方法。通過

2、大量實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了拉錐速度、長(zhǎng)度以及氫氣流量）等微納光纖的制作參數(shù)，在此優(yōu)化參數(shù)下制作了幾種不同類型的錐形干涉型光纖傳感器件，理論并實(shí)驗(yàn)研究了傳感器的溫度及折射率響應(yīng)特性。結(jié)果表明，光纖最小直徑為14.37μm的錐形多模干涉型傳感器在1.3484 RIU-1.3971 RIU折射率測(cè)量范圍內(nèi)線性靈敏度高達(dá)539.15 nm/RIU，為制作高靈敏度傳感器件提供了技術(shù)支撐。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)研究了拉錐長(zhǎng)度為12 mm、最小直徑為27.42μm的錐形單模

3、干涉的微納光纖傳感器的折射率響應(yīng)特性，在1.3412 RIU-1.3784 RIU的折射率測(cè)量范圍內(nèi)傳感器靈敏度為50.56 nm/RIU，線性擬合度高達(dá)99.23％。
　?。?）實(shí)驗(yàn)研究了相位掩膜技術(shù)刻寫光纖光柵的方法。通過波長(zhǎng)為193 nm的準(zhǔn)分子激光器結(jié)合相位掩膜技術(shù)刻寫在未經(jīng)載氫處理的單模光纖上刻寫光柵的并對(duì)其溫度響應(yīng)特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該方法下制作的光纖光柵傳感器在200℃-800℃范圍內(nèi)對(duì)溫度變化具有較好線性響應(yīng)

4、特性，該傳感器在高溫傳感領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
　?。?）通過“先拉錐后刻寫”的方法，分別在錐形微納光纖的不同位置（過渡區(qū)、均勻區(qū)以及過渡區(qū)）刻寫光柵。制作了幾種不同結(jié)構(gòu)的微納光纖光柵，并對(duì)其折射率響應(yīng)特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，直徑為11.52μm的微納光纖光柵傳感器在折射率測(cè)量范圍1.3483 RIU-1.3971 RIU內(nèi)的線性靈敏度為-11.3284 dB/RIU；在過渡區(qū)最大直徑為55.7μm的錐形光纖上刻寫的光柵，在1

5、553.7 nm附近的反射光譜在1.3336 RIU-1.3638 RIU折射率范圍內(nèi)靈敏度為-1.1273 nm/RIU；長(zhǎng)度為18 mm的錐形光纖上刻寫的光纖光柵，在折射率1.3682 RIU-1.3726 RIU測(cè)量范圍內(nèi)最高靈敏度達(dá)10.05 nm/RIU。
　　隨著折射率傳感在生化、醫(yī)藥、食品檢測(cè)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)中扮演著越來越重要的角色，對(duì)微納光纖光柵折射率制作技術(shù)以及折射率傳感的深入研究，將會(huì)使其在傳感領(lǐng)域更具實(shí)用性更具有