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《华中科技大学》 2010年
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飞秒激光制作体光栅及新型光纤传感器件的实验研究

王英  
【摘要】: 飞秒激光微加工由于加工精度高、质量好以及可实现三维加工等优点,被广泛应用于对各种材料的加工处理。由于脉冲时间极短(1ps),在飞秒激光作用下,脉冲能量能够在极短的时间内注入焦点区域的材料内,有效抑制了加工过程中热效应的影响。利用飞秒激光微加工的这些独特优点,可以在多种材料表面或内部制作新颖的微型光器件。本论文开展了飞秒激光微加工硅晶片、石英玻璃及光纤材料的实验研究。结合理论分析与数值模拟,基于飞秒激光三维加工在石英玻璃内部制作了体光栅;利用飞秒激光烧蚀在光纤内部制作了几种新型光纤传感器件并实验研究了它们的传感特性。全文的主要研究内容如下: (1)以飞秒激光微加工硅晶片为例详细介绍了飞秒激光材料微加工的方法和过程,结合光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)及电子能谱仪(EDX)等技术与仪器,分析了飞秒激光对硅晶片进行钻孔与切割的形貌特征、烧蚀速率以及表面氧化特性,并采用优化的加工参数制备了应用于微机电系统(MEMS)的微型硅模具。 (2)实验研究了飞秒激光对石英玻璃的烧蚀阈值及体内光学损伤阈值,以及飞秒激光在石英玻璃内部直写体光栅的加工工艺,并结合有限元方法(FEM)的模拟结果分析了体光栅的衍射特性。 (3)开展了基于飞秒激光微细加工方法在单模光纤(SMF-28)上制备微孔折射率传感器件的实验研究,结合一个几何光学模型以及时域有限差分方法(FDTD)数值模拟,详细阐释了微孔折射率传感器的透射谱特性与工作原理。 (4)基于飞秒激光钻孔方法,在单模光纤以及光子晶体光纤(LMA-10)上制备了微孔结构的长周期光纤光栅(LPFG),并结合有限元方法(FEM)模拟与局部耦合模理论计算分析了此类微孔结构长周期光纤光栅的透射谱特性;使用可调谐激光器及红外CCD观测了微孔结构长周期光纤光栅的模场形貌,并利用PDL测试仪分析了微孔结构长周期光纤光栅的偏振相关损耗(PDL);通过填充标准折射率匹配液(Cargille),研究了单模光纤上的微孔结构长周期光纤光栅对折射率的灵敏度。 (5)基于飞秒激光烧蚀,在单根单模光纤上制备了微米尺度的Mach-Zehnder干涉仪,根据双光束干涉公式分析了此类干涉仪的透射谱特性及其对折射率与温度的灵敏度,并实验研究了此类干涉仪对折射率以及温度的响应,证明这是一种具有极高灵敏度的折射率传感器件以及较高灵敏度的高温传感器件。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP212.14;TN253

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张玲;隋青美;冯德军;刘汉平;;飞秒激光制作微型光纤干涉传感器的研究进展[J];光学技术;2012年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 孟玲;铝电解槽热场仿真与槽壳温度在线检测系统研究[D];山东大学;2011年
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3 张玲;飞秒写制长周期光纤光栅的光谱特征及传感应用[D];山东大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 顾凯;157nm激光加工光子晶体光纤自载F-P传感器研究[D];武汉理工大学;2011年
2 陈赛华;光电子材料的超短激光微加工[D];武汉理工大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前6条
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1 汪扬春;光纤折射率传感和信号解调技术研究[D];浙江大学;2010年
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8 张峰烈;金属材料纳秒紫外脉冲激光微抛光理论与技术的研究[D];天津大学;2011年
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1 张兴娇;FBG的特性研究及重构算法[D];江西师范大学;2010年
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3 胡玉瑞;盲管式光纤Bragg光栅中低压传感器[D];昆明理工大学;2008年
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5 杨鼎;整形飞秒激光对金属材料进行烧蚀的实验研究[D];吉林大学;2011年
6 高卓;基于相移光纤布拉格光栅全光时间积分器的设计和分析[D];吉林大学;2011年
7 李铁强;激光诱导击穿光谱仪及应用[D];杭州电子科技大学;2011年
8 陈青云;可重构长周期光纤光栅耦合器的研究[D];电子科技大学;2011年
9 白涛;光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究[D];山东大学;2011年
10 刘晴;取样光纤布拉格光栅的光谱特性研究[D];南京邮电大学;2011年
【同被引文献】
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6 张自嘉;王昌明;;长周期光纤光栅的轴向应变传感特性研究[J];传感技术学报;2007年05期
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8 江超;胡兆炜;贾学珉;;高温光纤温度传感器的研究进展[J];传感器与微系统;2008年10期
9 李景江,邱贤竹;铝电解槽槽帮结壳形状的计算机模拟[J];东北工学院学报;1989年03期
10 闫照文,汪友生,苏东林,李朗如,杨溢;大型铝电解槽三维电磁场的数值模拟[J];电工技术学报;2003年05期
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1 王雪;双芯长周期光纤光栅制备方法及特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 朱涛;特种长周期光纤光栅基础研究[D];重庆大学;2008年
8 巫殷忠;飞秒激光在固体材料上制作微结构的研究[D];天津大学;2008年
9 李秋顺;基于消失波的长周期光纤光栅化学传感[D];吉林大学;2009年
10 邓明;新型光纤F-P干涉传感结构及特性研究[D];重庆大学;2009年
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1 顾凯;157nm激光加工光子晶体光纤自载F-P传感器研究[D];武汉理工大学;2011年
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【二级引证文献】
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1 陈赛华;光电子材料的超短激光微加工[D];武汉理工大学;2012年
2 刘蕾;长周期光纤光栅的光学特性分析及飞秒激光制造方法研究[D];中南大学;2012年
【二级参考文献】
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3 本报记者 杨蕾;在光的世界里驰骋[N];中国质量报;2010年
4 信息产业部电子信息产品管理司基础产品处处长 季国平;激光技术与产业:超越与创新[N];中国电子报;2003年
5 记者 殳慧平;全数字化飞秒激光手术在杭州受捧[N];杭州日报;2011年
6 常丽君;飞秒激光照相机可侧面取像[N];科技日报;2010年
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8 记者 于晶晶 通讯员 李洋;北京民众眼科医院落成[N];消费日报;2009年
9 本报特约通讯员 谷巍峰;术后视力:兵检中需关注的新问题[N];中国国防报;2008年
10 本报记者 吴德强;制造闪电 击落飞机[N];北京科技报;2004年
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6 冉玲苓;飞秒激光制备微结构及在粒子操控中的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 陈安民;飞秒激光辐照金属超快动力学过程研究[D];吉林大学;2012年
8 韩艳华;飞秒激光在玻璃和半导体表面诱导微结构[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 韩艳华;飞秒激光在玻璃和半导体表面诱导微结构[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 李岩;飞秒激光微纳加工制备研究[D];吉林大学;2010年
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1 姬兴国;飞秒激光金属表面着色技术研究[D];长春理工大学;2011年
2 孙桂婷;基于飞秒激光双光子吸收的三维微纳加工系统的研究[D];吉林大学;2012年
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4 高海燕;液相环境下飞秒激光烧蚀金属靶材的机理[D];华中科技大学;2011年
5 蔡君古;飞秒激光与透明晶体作用机理及微加工可行性研究[D];曲阜师范大学;2012年
6 李强;基于飞秒光精密加工技术金属薄膜深小孔加工研究[D];上海交通大学;2012年
7 薛念亮;飞秒激光大气中成丝的导电特性及其声学辐射的研究[D];长春理工大学;2011年
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9 杨鼎;整形飞秒激光对金属材料进行烧蚀的实验研究[D];吉林大学;2011年
10 何冀军;基于相位调制的飞秒激光微纳米加工技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
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