飞秒激光逐点法制备新型光纤布拉格光栅及其传感研究

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1、分类号TN2学校代码10590UDC620密级公开深圳大学硕士学位论文飞秒激光逐点法制备新型光纤布拉格光栅及其传感研究王侨学位类别工程硕士专业学位专业名称光学工程学院（系、所）光电工程学院指导教师王义平教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《飞秒激光逐点法制备新型光纤布拉格光栅及其传感研究》，是本人在导师的指导下，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，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。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。本声明的法律结果由本人承担。论文作

2、者签名：日期：年月日飞秒激光逐点法制备新型光纤布拉格光栅及其传感研究摘要光纤布拉格光栅（FBG）在光纤传感和光纤通信等领域具有广阔的应用前景。目前，制备FBG的方法很多，常用的制备方法是相位掩膜板法和双光束干涉法，与常其相比，飞秒激光逐点法由于具有灵活性强、成本低和光纤无需特殊处理等优点，引起了人们广泛的关注。在国外学者研究的基础上，本文对飞秒激光逐点法制备的新型FBG的光谱特性及传感特性做了系统和深入的研究，并取得了一些创新性成果，主要工作总结如下：1、运用耦合模理论详细分析了FBG的光谱传输特性及纤芯有效折射率与中心波长的关系；介绍飞秒激光加工的优势及飞秒激光与石英

3、材料的作用机理。2、设计并搭建了飞秒激光逐点法制备FBG的实验系统，主要包括搭建飞秒激光光路系统以及软件编程控制电动位移平台。系统通过优化改进激光能量、移动速度、光栅长度和光栅位置相关参数提高了FBG制备的稳定性、重复性和成功率。利用该系统在普通单模光纤上制备FBG，研究了其光谱特性；并进一步研究了它对温度和应变等外界环境因素变化的传感响应特性，为后续新型FBG的研究工作打下重要的实验基础。3、首次利用飞秒激光逐点法在普通单模光纤上制备了并行集成型多波长FBG和并行集成极短光栅，且极短光栅其结构非常精小，三个光栅的长度都为800μm。深入研究了并行集成多波长FBG的光谱

4、特性和传感特性，实验研究表明：（1）在并行集成多波长FBG的制备过程中，各个光栅相互平行且有一定间隔。FBG谐振峰的中心波长、反射率和3dB带宽不随其他FBG的写入发生变化，并行集成多波长FBG的插入损耗随FBG写入增加。（2）三个FBG的应变响应灵敏度都为1pm/μɛ，温度响应灵敏度分别为8.9pm/˚C、8.9pm/˚C和9pm/˚C，这与其他方法制备的FBG的灵敏度一致；对并行集成多波长FBG进行高温稳定性测试，在500˚C高温保持12个小时以上并行集成多波长FBG没有退化现象，具有非常好的高温稳定性。4、利用飞秒激光逐点法在D型光纤上制备FBG。普通的FBG对折

5、射率是不敏感，通过分析可知，引起折射率敏感的主要因素是D型光纤结构的特殊性。将单模光纤被侧面抛磨成D型光纤，其原有结构被破坏。在D型光纤的纤芯上写制FBG，D型FBG对折射率敏感，因此其谐振波长对外界环境折射率变化的响应灵敏度远高于普通FBG，在1.44-1.45的折射率变化范围内可达30nm/RIU，其探测极限为0.026。由于温度只改变光I飞秒激光逐点法制备新型光纤布拉格光栅及其传感研究纤材料本身的热膨胀系数，因此FBG的温度响应灵敏度与普通FBG的温度响应灵敏度处于同一个数量级。关键词：飞秒激光；光纤布拉格光栅；耦合模理论；单模光纤；D型光纤，光纤传感IIRese

6、archofnovelfiberBragggratingsinscribedbyfemtosecondlaserpoint-by-pointmethodanditssensingcharacteristicsAbstractFiberBragggrating(FBG)havebeenextensivelyexploredandwidelyusedinthefieldsofopticalfibersensorsandtelecommunications.TherearemanyfiberBragggratingoffabricationmethods，suchas:pha

7、semasksandtwo-beaminterferometry.Comparedwithpoint-by-pointinscriptionmethodsbyfemtosecondlaser,femtosecondlaserpoint-by-pointinscriptionmethodshasadvantagesofmoreflexible,lowcost,andhighreliable,whichalreadyarousedwidespreadconcern.Inthispaper,weproposedafemtosecondlaser