論文名稱：新型光纖傳感器的飛秒激光制作及其替代方法研究

論文作者：北京理工大學(xué) / 李本業(yè)

指導(dǎo)教師：姜瀾《研究領(lǐng)域 :激光微納制造的機理、方法及應(yīng)用》 王素梅《研究領(lǐng)域 : 激光微納制造方法及應(yīng)用。》

光纖傳感器具有電絕緣性能好、抗電磁干擾能力強、非侵入性和容易實現(xiàn)對被測信號的遠(yuǎn)距離監(jiān)控等優(yōu)點，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、傳感器網(wǎng)絡(luò)/物聯(lián)網(wǎng)、石油化工和公共安全等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。目前商業(yè)化的光纖傳感器存在靈敏度低，耐溫性差、結(jié)構(gòu)微小和傳統(tǒng)方法難以加工等缺點。本論文從光纖傳感器的制造工藝入手，設(shè)計了一系列新型光纖傳感器并進行了加工和測試，在提高傳感器的靈敏度、耐溫性、可靠性和降低成本等方面獲得了突破。

利用飛秒激光加工了多種結(jié)構(gòu)的高靈敏度光纖傳感器：

1.利用飛秒激光加工了雙微孔結(jié)構(gòu)的光纖傳感器，測量溫度可達(dá)1200℃，高溫區(qū)靈敏度為109 pm/℃，溫度靈敏度高并且對外界折射率變化不靈敏。

2.采用飛秒激光與電弧放電法相結(jié)合，加工了一種非對稱結(jié)構(gòu)的雙參數(shù)測量光纖微傳感器，能夠同時測量溫度和應(yīng)變兩個參數(shù)；

3.還提出了一種改進的飛秒激光加工長周期光纖光柵方法，降低了背景損耗并使其性能更為穩(wěn)定。

為降低傳感器的加工成本，提出了替代飛秒激光的光纖傳感器制造方法：

1.設(shè)計并利用熔融-連接法加工了一種雙錐型光纖MZI傳感器，該傳感器最大衰減峰為25 dB，實現(xiàn)了1100℃的高溫測試，該方法簡化了加工工藝、大幅降低了制造成本。為進一步提高該光纖傳感器的折射率靈敏度，在光纖傳感器的表面合成了MFI型沸石薄膜，實現(xiàn)了氮氣環(huán)境中ppm量級丙酮氣體的檢測；

2.為進一步提高光纖微傳感器的折射率靈敏度并降低溫度變化引起的交叉影響，在細(xì)纖芯光纖上加工高靈敏度MZI光纖傳感器，使折射率靈敏度提高了30倍，而溫度靈敏度僅為普通類似結(jié)構(gòu)傳感器的1/9。

本論文提出的新型光纖傳感器具有靈敏度高、耐高溫、成本低、加工過程簡單和可靠性高等優(yōu)點，經(jīng)過后期封裝和測試，進一步研發(fā)出電力開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)和入侵防護系統(tǒng)等多個應(yīng)用系統(tǒng)。