论文名称：新型光纤传感器的飞秒激光制作及其替代方法研究

论文作者：北京理工大学 / 李本业

指导教师：姜澜《研究领域 :激光微纳制造的机理、方法及应用》 王素梅《研究领域 : 激光微纳制造方法及应用。》

光纤传感器具有电绝缘性能好、抗电磁干扰能力强、非侵入性和容易实现对被测信号的远距离监控等优点，在航空航天、生物医学、传感器网络/物联网、石油化工和公共安全等领域有着巨大的应用前景。目前商业化的光纤传感器存在灵敏度低，耐温性差、结构微小和传统方法难以加工等缺点。本论文从光纤传感器的制造工艺入手，设计了一系列新型光纤传感器并进行了加工和测试，在提高传感器的灵敏度、耐温性、可靠性和降低成本等方面获得了突破。

利用飞秒激光加工了多种结构的高灵敏度光纤传感器：

1.利用飞秒激光加工了双微孔结构的光纤传感器，测量温度可达1200℃，高温区灵敏度为109 pm/℃，温度灵敏度高并且对外界折射率变化不灵敏。

2.采用飞秒激光与电弧放电法相结合，加工了一种非对称结构的双参数测量光纤微传感器，能够同时测量温度和应变两个参数；

3.还提出了一种改进的飞秒激光加工长周期光纤光栅方法，降低了背景损耗并使其性能更为稳定。

为降低传感器的加工成本，提出了替代飞秒激光的光纤传感器制造方法：

1.设计并利用熔融-连接法加工了一种双锥型光纤MZI传感器，该传感器最大衰减峰为25 dB，实现了1100℃的高温测试，该方法简化了加工工艺、大幅降低了制造成本。为进一步提高该光纤传感器的折射率灵敏度，在光纤传感器的表面合成了MFI型沸石薄膜，实现了氮气环境中ppm量级丙酮气体的检测；

2.为进一步提高光纤微传感器的折射率灵敏度并降低温度变化引起的交叉影响，在细纤芯光纤上加工高灵敏度MZI光纤传感器，使折射率灵敏度提高了30倍，而温度灵敏度仅为普通类似结构传感器的1/9。

本论文提出的新型光纤传感器具有灵敏度高、耐高温、成本低、加工过程简单和可靠性高等优点，经过后期封装和测试，进一步研发出电力开关柜温度在线监测系统和入侵防护系统等多个应用系统。