飞秒激光微加工提升光纤磁场传感器灵敏度

"基于飞秒激光微加工的光纤磁场传感器技术通过在光纤布拉格光栅(FBG)的单模光纤包层上制作螺旋微结构，然后利用磁控溅射技术沉积磁致伸缩膜(TbDyFe)，制造出高灵敏度的光纤磁场传感器探头。这种微结构设计能增强光纤的轴向伸缩性，扩大薄膜沉积面积，从而提升传感器对磁场变化的响应能力。实验结果显示，螺距为50 μm的探头具有最高的磁场敏感性，且与传统无微结构的探头相比，灵敏度理论上可提高近5倍。" 本文详细探讨了一种创新的光纤磁场传感技术，该技术依赖于飞秒激光的精密微加工能力。飞秒激光是一种超短脉冲激光，其波长为780纳米，能够在光纤表面创造出精细的三维微结构。这些微结构，特别是螺旋形状，被用于改良光纤的机械特性，尤其是增加其在轴向的伸缩性。这样的改变对于传感器至关重要，因为它直接影响到磁致伸缩膜的沉积面积，进而决定了传感器对磁场变化的感知程度。 光纤布拉格光栅(FBG)是这种传感器的核心组成部分，它是一种特殊的光纤组件，能够反射特定波长的光，从而实现光的调制。将FBG集成到光纤中，可以实现对磁场变化的光信号响应。接着，通过磁控溅射技术在光纤表面沉积磁致伸缩膜(TbDyFe)，这是一种对磁场变化有强烈响应的材料，其物理性质会随着磁场强度的变化而变化，导致光纤的长度发生微小变化，进而影响光的传播。 文章不仅阐述了这一技术的理论基础，还详细介绍了传感器的制备工艺，包括飞秒激光微加工步骤和磁控溅射沉积过程中的关键参数。通过对不同参数的探头进行磁场测试，研究人员发现螺距为50 μm的螺旋微结构能最大化地提高磁场敏感性。实验数据显示，相较于标准无微结构的光纤探头，带有微结构的探头在理想条件下，其磁场灵敏度可以提升近5倍。 这一研究为光纤传感器领域提供了新的设计思路，提升了光纤磁场传感器的性能，有可能广泛应用于地质勘探、电力系统、航空航天等需要精确测量磁场的应用场景。同时，这种技术也对光纤光学、微纳制造和磁性材料的研究提供了有价值的参考。