长周期光纤光栅及光纤传感技术的研究

【摘要】随着光纤的出现,光纤传感技术已经成为传感技术的一个重要分支。光纤传感器具有本质安全、抗电磁干扰能力强、适用于远程监测和恶劣环境等优点,备受学术界和工业界重视。目前,光纤传感技术的研究核心主要包括两个方面：第一、对制作工艺的研究,降低制作成本和实现规模化生产；第二、提高光纤传感器件对外界环境参量变化的响应灵敏度。光刻技术从集成电路引入到光纤器件制作,极大的促进了光纤器件在通信和传感领域的应用。本论文主要研究了利用光刻技术制作长周期振幅掩膜版并进行光栅刻写。同时对基于细芯光敏光纤的全光纤马赫曾德温度传感器进行了研究。第一章,首先讲述了光刻的发展历史,国内外的光刻的发展情况和应用领域。其次,介绍了光刻胶以及光刻胶的分类,最后介绍了几种主要的光刻类型。第二章,首先对光纤光栅的分类进行了介绍。其次,提出了两种涂胶方法,成功实现了光纤表面均匀涂胶,解决了以往实验中存在的气泡和凸起等问题,并且比较了两种方法的优缺点。然后,论述了利用RZJ-304-25正性光刻胶作为掩膜板刻写长周期光纤光栅的方法。最后,通过实验验证了激光器功率对长周期光纤光栅透射光谱的影响。第三章,首先是介绍了镀膜工艺的定义和分类。然后,对光纤进行真空蒸发镀铝膜。在铝膜表面实现均匀涂胶。经过掩膜曝光显影,在铝膜表面成功制作了光刻胶圆环阵列,并用此阵列作为抗腐蚀层,对该结构进行化学腐蚀。最终在光纤表面实现铝环阵列,并以此作为振幅掩膜版进行长周期的刻写。第四章是介绍了长周期光纤光栅的耦合模理论,并且比较了光刻胶掩膜版和铝膜掩膜版制作的长周期光纤光栅的透射谱。从折射率的调制理论分析了两种光谱产生差异的原因。第五章介绍了一种基于细芯光敏光纤的全光纤马赫-曾德干涉仪结构,根据数值模拟对该模间干涉仪结构进行优化,具有较大的消光比。对该传感器进行温度响应测量实验,分析并讨论了干涉长度及弯曲特性对其温度灵敏度的影响,最终获得高达116pm/℃的温度灵敏度。第六章,对本论文进行了总结,列举了在实验中所出现的问题,以及工作的改进意见。
【作者】吕卫卫；
【导师】徐峰；
【作者基本信息】安徽大学，光学，2014，硕士
【关键词】光刻技术；长周期光纤光栅；光刻胶；镀膜；化学腐蚀；马赫曾德温度传感器；

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