飞秒激光加工微纳高温光纤振动传感器研究

"基于飞秒激光加工的微纳高温光纤振动传感器" 本文介绍了一种创新的微纳高温光纤振动传感器，其设计与制造利用了飞秒激光技术。该传感器的核心结构由单模光纤、空芯光纤和单模光纤熔接组成，形成了一个外腔式的法布里-珀罗干涉仪（EFPI）。飞秒激光被用来精细地在空芯光纤上烧蚀出悬臂梁结构，末端连接的单模光纤充当质量块。当传感器受到振动时，质量块会驱动悬臂梁振动，导致悬臂梁产生微小弯曲，进而改变EFPI的腔长，产生干涉光谱的变化。 传感器的工作频率范围为20到300 Hz，具有较高的灵敏度。在100 Hz时，其在0到3.01 g的加速度范围内分辨率可达5×10^-4 g，加速度响应灵敏度为129.6 nm/g。此外，它对温度变化的敏感度较低，腔长的温度交叉响应仅为0.225 nm/℃，这意味着在高温环境下仍能保持稳定性能。传感器能够承受高达950℃的高温冲击，使其在高温环境监测中具有广泛的应用潜力。 这种基于飞秒激光加工的微纳高温光纤振动传感器的设计理念和制造工艺具有以下几个关键点： 1. **飞秒激光加工**：飞秒激光的高精度和非线性作用使得能够在微纳尺度上精细加工光纤，形成所需的悬臂梁结构，同时避免对光纤材料造成过多损伤。 2. **外腔式法布里-珀罗干涉仪（EFPI）**：由单模光纤和空芯光纤熔接形成的EFPI是传感器的核心部分，其腔长变化直接影响干涉信号，从而提供振动信息。 3. **悬臂梁结构**：通过飞秒激光烧蚀空芯光纤形成的悬臂梁，既是振动敏感元件，也是微弯效应的产生部位，将机械振动转化为光学信号。 4. **高温耐受性**：传感器的独特设计使其能够抵抗高温环境的影响，适合于在石油、化工、航空航天等领域的高温监测应用。 5. **高灵敏度**：在宽频率范围内，传感器对振动的响应非常敏感，可实现高精度的加速度测量。 6. **温度稳定性**：低的温度交叉响应表明传感器在不同温度环境中仍能保持测量的准确性。 关键词：振动传感器，高温传感器，飞秒激光加工，外腔式法布里-珀罗干涉仪，高温应用。