飞秒激光加工的M-Z干涉氢气传感器：高灵敏度设计与应用

本文介绍了一种新颖的光纤氢气传感器设计，该传感器基于飞秒激光加工的马赫曾德尔（Mach-Zehnder，简称M-Z）干涉原理。马赫曾德尔干涉是利用光的干涉效应来检测微小变化的技术，通过精确控制光路的长度差，实现对被测物质如氢气的敏感探测。在本文中，研究人员选用波长为800纳米的飞秒激光脉冲在普通的单模光纤上进行微加工，创造出一个特殊的M-Z干涉腔。飞秒激光因其短脉冲宽度和高精度，使得在光纤上进行微尺度结构的制作成为可能。 接着，他们采用了磁控溅射技术在加工后的M-Z干涉微腔上沉积钯（Pd）膜，钯膜作为敏感材料，其化学反应与氢气分子接触时会产生特定的光谱响应。通过调整飞秒激光的加工参数，优化微腔结构，可以提升传感器的分辨率，使其能够更准确地识别不同浓度的氢气。 实验部分，研究者对比了两种不同厚度的Pd膜，即36纳米和110纳米，分别装在40微米长的M-Z干涉传感器上，测试它们对氢气的响应。实验结果显示，这两种膜厚度的传感器都能对氢气浓度的变化做出响应，且随着氢气浓度增加，透射光谱会发生向长波长的移动。有趣的是，110纳米厚的Pd膜表现出更高的灵敏度，这意味着它能更有效地捕捉到氢气的存在并产生显著的光谱变化。 这项工作展示了飞秒激光在光纤传感器制造中的应用潜力，以及通过精细调控微腔结构和材料厚度来提升传感器性能的可能性。这种基于飞秒激光加工的Mach-Zehnder干涉氢气传感器具有微型化、高灵敏度和选择性等优点，对于气体检测、环境监测等领域有着广阔的应用前景。