《基於光纖內微腔液滴振動的聲—光調製特性研究》是依託哈爾濱工業大學，由曲士良擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於光纖內微腔液滴振動的聲—光調製特性研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曲士良
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題主要研究密封在光纖內納升量級的液滴在聲波作用下的振動特性，並基於液滴的振動提出一種新的聲-光調製機理,為海洋聲波的寬頻率、高靈敏探測提供理論與技術支持。首先，根據飛秒雷射誘導水擊穿的理論模型，設計並刻蝕出直徑為10-20微米的光纖微流體通道和容積為納升量級的光纖微腔，並輔以電弧放電將液滴密封在光纖微腔內。然後，根據晶格波爾茲曼理論，研究不同液體在光纖微腔內形成的液滴的空間形態分布，以及液滴在不同強度和頻率的聲波作用下的振動模式。最後，研究光纖內微腔液滴在聲波作用下的體積、形態和振動對光纖內光信號的影響，建立並最佳化基於光纖內微腔液滴振動的聲-光調製模型,提高聲-光調製靈敏度。本課題旨在解決微流體結構與光纖集成的問題，突破光纖本身回響聲波振動頻率窄、靈敏度低的瓶頸，從而實現對不同頻率與強度的海洋聲波信號的高靈敏度探測。
結題摘要
光纖水下聲波感測探頭能夠將水下聲壓信號轉換為光纖應力變化，但由於固體本身回響聲波振動比較微弱，因此限制了光纖聲—光調製的實際套用。將微量液體引入並密封在光纖內，能夠利用液體隨聲波的振動對光纖內的光信號進行調製，大幅提高聲波感測靈敏度。本課題建立了飛秒雷射誘導水擊穿空腔刻蝕模型，在光纖內設計並製備出了能夠填充密封液體的光纖微腔與微通道結構。成功地分別將納升量級蒸餾水和乙醇填充並密封到光纖微腔內，實驗研究了不同體積的蒸餾水和乙醇在光纖微腔內的空間分布情況，結果表明蒸餾水和乙醇會吸附在微腔內壁，從而在微腔中部形成能夠運動的氣泡。建立了光纖微腔內氣泡在聲波作用下的受迫振動模型和基於光纖微腔內氣泡的干涉調製模型，研究了聲波導致的氣泡振動對光纖微腔結構干涉光譜的影響。在實驗室內搭建了光纖聲波探測系統，對光纖微腔結構的聲—光調製特性進行了測試，實現了對水下聲波的高靈敏感測探測。此外，利用項目研究過程提出並最佳化的光纖微腔製備與液體填充密封方法，設計並製備出了其他用於溫度、應變、角度、液體折射率等參數高靈敏感測探測的光纖微腔結構，在精密儀器製造、生物化學、海洋環境監測等領域具有重要套用潛力。本課題解決了微流體結構與光纖集成的問題，突破了光纖材料本身作為調製基元感測靈敏度低的瓶頸，提出了一種更加有效的光纖信號調製方法，為光纖感測探頭的製備和套用提供了新的思路。基於本項目研究成果，申請發明專利3項，發表SCI 論文22 篇，其中，在國際光學一流期刊（Optics letters、Optics Express、Photonics Research、Sensors and Actuators B，SCI 影響因子均大於3.0）上發表論文8篇。
