微纳光纤的制备和传感性质研究

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1、分类号：TN253单位代码：10183研究生学号：2013514021密级：公开微吉林大学硕士学位论文（专业学位）微纳光纤的制备和传感性质研究吴Studyonmicro-nanofibers’fabricationandtheirsensitivecharacteristics作者姓名：刘子健类别：工程硕士吉领域（方向）：微纳光纤传感指导教师：于永森副教授培养单位：电子科学与工程学院2016年6月—————————————————————微纳光纤的制备和传感性质研究—————————————————————St

2、udyonmicro-nanofibers’fabricationandtheirsensitivecharacteristics作者姓名：刘子健领域（方向）：微纳光纤传感指导教师：于永森副教授学位类别：专业硕士答辩日期：2016年5月30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。吉林大学硕±学位

3、论文原创性声明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。除文中已经法明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均己在文中＾＾＞１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《产公＼日期：年之月如日摘要摘要光学微纳光纤的制备方法,光学特性研究和应用是当前国际上纳米材料研究的前沿领域之一。微纳光纤有着光学损耗较低，较强的消逝场效应，对模场强束缚

4、，尺寸小，质量轻等优良特点，所以它被当作是构建下一代集成微纳米体系最基本的单元模块。微纳光纤还可以被进行表面修饰和功能性惨杂，用途得到大大地拓宽，不仅可以充当微纳米单元器件之间的联结光路，同时又可以作为独立的单元器件。近年来，人们利用先进的微纳加工技术和集成技术，将新型材料的微纳光纤用于各种功能化的微纳器件和集成系统中，特别是，结合多种科学的交叉，使微纳光纤有了更宽广的应用前景。然而，国内外对微纳光纤的研究尚处于初期阶段，特别在三维精确制备上尚有不足，限制了微纳光纤器件的进一步发展。在本论文中，一方面，我们使用

5、了飞秒激光直写技术制备纳米光纤，实现了纳米光纤可设计化，高集成度，高精度的加工；并一定程度上实现了对微纳器件的定制。另一方面，我们把微纳光纤和光纤传感技术相结合，做成了微米光纤锥磁场传感器。这传感器结构较为简单，灵敏度高，而且还使用了传感矩阵对其进行额温度补偿。本文的主要包括以下内容：一、通过飞秒激光直写技术制备纳米光纤。此方法可以对微纳光纤的参数（横截面、粗细、长短、排列等）进行预先软件设计，并按照设计的方案高效地制备出微纳光纤，而且可以是一次性集成地排列，无需再进行手工排列操作。本文利用这种方法制备出可设计

6、、高精度、高集成度的纳米光纤，其中，线宽最小的纳米光纤可以达到200nm左右，并从SEM表征中可以看出，线宽600nm的纳米光纤表面较为平滑，连续不间断。这种方法可以在一定程度上实现了对微纳器件的定制。通过对制备出来的纳米光纤光学性质研究发现，在400nm到800nm之间的透过率达到90%以上；而在532nm绿光透射-1损耗约为-0.03dB·μm。二、光纤微锥和磁流体集成磁场传感器。通过熔接机放电熔融拉锥的方法在普通光纤上制备微米光纤锥，并给出传感器制备和封装的各个步骤和细节。通过不同直径大小的微米光纤锥的磁

7、场测试实验，从灵敏度和探测极限上考虑，发现直径为7.8μm，锥长450μm左右的微米光纤锥比较适合作磁场传感器。我们并对此微米光纤锥进行磁场传感性质测试发现，磁场强度在0-20Oe段光谱红移较为缓慢，20-70Oe之间磁场与光谱红移线性关系较为明显，PeakA和PeakB在此段对应的灵敏度分别为0.171nm/Oe和I摘要0.084nm/Oe。当磁场强度大于80Oe时，磁流体已经饱和，PeakA和PeakB不再出现红移现象。然后，我们对同一个微米光纤锥进行温度传感性质研究，发现温度从30℃增加到80℃时，Pea

8、kA和PeakB的灵敏度分别为−0.587nm/°C和−0.479nm/°C，而且实验结果的线性拟合度非常良好。根据以上实验结果，我们通过一个传感矩阵对其进行温度补偿。关键词：微纳光纤，飞秒激光加工，磁场传感器IIABSTRACTAbstractFabrication,opticalpropertiesresearchandapplicationofmicro-nanoopticalf