光纤—聚合物高灵敏温度传感结构的制备及特性研究

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1、硕士学位论文光纤-聚合物高灵敏温度传感结构的制备及特性研究FABRICATIONANDCHARACTERIZATIONOFHIGHSENSITIVEFIBER-POLYMERSINTEGRATEDTEMPERATURESENSINGSTRUCTURES赵盼娟哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文光纤-聚合物高灵敏温度传感结构的制备及特性研究硕士研究生：赵盼娟导师：王新顺申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：理学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学ClassifiedIndex:O439U.D.C:535DissertationfortheMaster’sDegreeFABRICATIONANDCHARACTERIZATIONOFHIGHSENSITIVEFIBER-POLYMERSINTEGRATEDTEMPERATURESENSINGSTRUCTURESCandidate：ZhaoPanjuanSupervisor：WangXinshunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：OpticsAffil

3、iation：SchoolofScienceDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要温度作为影响工业、农业、生物医疗等领域的重要参数，对其的监测具有重要的意义。光纤温度传感器由于其尺寸小、响应快、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点而吸引了广泛关注。目前报道的光纤温度传感结构主要有光纤光栅温度传感结构和光纤干涉型温度传感结构。光纤干涉型温度传感结构具有质量轻、易制作、传输性能好等优点，但在此类

4、传感结构中，温度的传感元件为光纤自身，受到光纤热光系数和热膨胀系数的限制，温度灵敏度往往较低。因此，本文提出利用飞秒激光双光子聚合技术制备基于SU-8光刻胶的光纤-聚合物温度传感结构，用于温度和折射率的传感。具体内容如下：提出并制备了一种基于单固态SU-8光刻胶悬空波导结构的光纤-聚合物马赫泽德干涉传感结构，应用于温度和折射率传感。这种马赫泽德干涉传感结构利用飞秒激光直接聚合法在光纤端面聚合微槽，再利用熔接机熔接，制备出光纤内的微腔结构，然后利用飞秒激光双光子聚合技术在光纤微腔内制备基于单固态SU-8光刻胶的悬空波导结构，形成马赫泽

5、德(Mach-Zehnder，简称M-Z)干涉传感结构。仿真得出基于单固态SU-8光刻胶的光纤-聚合物温度传感结构内部的光传输特性，以及波导结构尺寸及相对位置对结构干涉光谱的影响；理论计算得出该结构的温度和折射率灵敏度，并在实验上测量其温度灵敏度和折射率灵敏度，得出温度灵敏度为478pm/°C（基于波长移动测量，温度测量范围25°C~65°C）,线性度为99.94%，较纯光纤温度传感结构，温度灵敏度提高了一个量级，折射率灵敏度为-8178.086nm/RIU（基于波长移动测量，折射率范围1.333~1.342）。提出并制备了基于双固

6、态SU-8光刻胶的光纤-聚合物马赫泽德干涉传感结构，应用于高灵敏度温度传感。此结构利用飞秒激光双光子聚合技术将未曝光的热固化SU-8光刻胶代替空气封入基于单固态SU-8光刻胶悬空波导结构的光纤-聚合物马赫泽德干涉传感结构中制备而成。利用两种固态SU-8光刻胶的较小折射率差和较大的热光系数差获得温度的高灵敏度传感。理论计算得出结构的温度灵敏度，并实验测得其温度灵敏度为2.529nm/°C，线性度良好。较空气腔的M-Z温度传感结构的灵敏度提高了约一个量级。关键词：光纤温度传感；马赫泽德干涉；双光子聚合；SU-8光刻胶-I-哈尔滨工业大学

7、理学硕士学位论文AbstractTemperaturemonitoringhasimportantsignificanceinthefieldofindustry,agricultureandbio-medicals.Thefiberopticsensorshaveattractedmoreandmoreattentionintemperaturesensingowingtotheadvantagesofsmallsize,fastresponse,corrosionresistanceandimmunitytoelectromag

8、neticinterference.Atpresent,thedifferentfibertemperaturesensorshavebeenproposed,suchasfibergratingsandfiberinterferom