基于飞秒激光直写法制备的长周期光纤光栅的传感特性研究

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1、分类号：TN253单位代码：10183研究生学号：2015512053密级：公开研基于飞秒激光直写法吉林大学制备的硕士学位论文长周期（学术学位）光纤光基于飞秒激光直写法制备的长周期光纤光栅的传感特性研究栅的传Researchonsensingpropertiesoflong-periodfibergratingsprepared感特byfemtosecondlaserdirectwriting性研究作者姓名：郑钟铭郑专业：微电子学与固体电子学钟铭研究方向：光纤传感技术指导教师：于永森副教授吉培养单位：电子科学与工程学院林大学2018年4月基于飞秒激光直写法制备的长周期光纤光栅

2、的传感特性研究Researchonsensingpropertiesoflong-periodfibergratingspreparedbyfemtosecondlaserdirectwriting作者姓名：郑钟铭专业名称：微电子学与固体电子学指导教师：于永森学位类别：理学硕士答辩日期：2018年5月31日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士(或硕士)学位论文原创性

3、声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出

4、版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士√□博士学科专业：微电子学与固体电子学论文题目：基于飞秒激光直写法制备的长周期光纤光栅的传感特性研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市前进大街2699号吉林大学前卫校区电子科学与工程学院（130012）作者联系电话：18404319922摘要光纤光栅类传感器具有体积小、耐高温、高压和抗电磁辐射干扰等优点，因此在涉及国防工业、航空航天等极端苛刻环境的传感领域中，受到了国内外专家学者们的青睐。长周期光纤光栅（Long-periodfib

5、ergrating，LPFG）作为光纤光栅传感器大家族的重要成员之一，与光纤布拉格光栅（FiberBragggrating，FBG）相比，LPFG光栅周期更大，通常为几十到几百微米，在内部是同向的纤芯基模和包层模之间的相互耦合，耦合波长对外界环境参量变化更加敏感，具有更高的温度、应变和折射率灵敏度，同时其还具备插入损耗小、带宽宽、背向反射低等优点，在光通讯和光纤传感领域有广阔的发展前景。传统的紫外（UV）激光刻写光栅技术可以制备出光谱性能优异的光纤光栅。但是这种方法需要事先对光纤进行增敏化处理，而且在温度过高的环境中（400℃以上），会发生折变量的退化。飞秒激光技术作为近些年

6、来光栅制作工艺的巨大突破，其对刻写的光纤没有光敏性要求，而且能够承受高温环境（1000℃），增加了光纤光栅的实际应用价值。我们以飞秒激光微纳加工技术为手段，采用800nm红外飞秒激光，通过激光扫描直写法在单模石英光纤中制备LPFG。本文的主要工作有如下几个方面：1.阐述了飞秒激光诱导透明介质折射率变化机理，由于飞秒激光具备超短激光脉冲和极高峰值功率，飞秒脉冲在短于晶格热扩散时间内（皮秒量级）将能量聚集在激光聚焦区域，原子核外电子在飞秒量级内吸收多个光子而瞬间激发跃迁至高能级导带引发“光致电离”和“雪崩电离”这两种非线性效应最后使得电介质材料聚焦区域瞬时高能沉积诱使化学键断裂，

7、即使该部分区域收缩或形成缺陷，即使该部分材料折射率发生变化。又探讨了光纤光栅的耦合模理论，分析在LPFG中模式耦合特性。2.采用飞秒激光扫描直写法制备性能良好的LPFG、利用该方法的光栅周期、长度、加工位置可控的优势，我们用60×油浸奥林巴斯物镜聚焦飞秒激光于纤芯内部，沿光纤轴向扫描刻写了光栅周期200μm～500μm的LPFGs。然后讨论了飞秒激光直写过程中如光栅周期、周期个数、单脉冲能量等加工参数对LPFG光谱性质的影响，并研究了LPFG的温度、折射率传感特性。3.提出了一种新型的小周期的长周期光纤