《基於馬赫-曾德干涉儀的高靈敏度光纖微感測器加工》是依託北京理工大學，由王素梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於馬赫-曾德干涉儀的高靈敏度光纖微感測器加工
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：王素梅
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目提出利用飛秒雷射脈衝序列控制被加工材料的電子激發/電離過程，實現高精度和高重複性的加工方法。採用該方法加工基於馬赫-曾德干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer, MZI）的高靈敏度微光纖感測器並探索其機理。同時，探索飛秒雷射複合加工及其替代方法加工多種結構的MZI光纖微感測器，並通過熱處理、納米沸石鍍膜等後處理工藝進一步提高微感測器的測量範圍、靈敏度和可靠性。將各種結構的馬赫-曾德干涉儀微感測器用於溫度、折射率、應力等參數的測量並對其性能進行比較，利用非對稱結構的微感測器實現對兩個以上參數的同時測量。飛秒雷射脈衝序列高精度、高重複性加工方法的成功探索將在機械、光電、生物醫療等領域中有巨大的套用前景，高靈敏度多參數同時測量MZI微感測器的實現對推動感測器的微型化、集成化和智慧型化都具有重要意義。
結題摘要
溫度、折射率、壓力等物理參數的檢測廣泛套用到了國民經濟的各個領域。本項目提出利用飛秒雷射加工等新方法加工新型高靈敏度光纖微感測器，具備耐高溫、尺寸小、抗強電磁干擾及可多參數測量等功能。本項目總體進展順利，全部完成項目計畫書中要求的研究內容和技術指標。在本項目支持下：共發表論文9篇，包括SCI檢索論文5篇，EI檢索論文2篇；申請國家發明專利2項；共培養博士畢業生2人，碩士畢業生3人。項目負責人作為第三完成人獲2014年度教育部自然科學一等獎。具體完成情況如下： 1．在利用飛秒雷射脈衝序列實現高精度和高重複性微加工方法方面：採用飛秒雷射脈衝序列改變電子激發、電離、複合狀態及相變過程，提高表面加工質量，降低表面粗糙度，調控表面加工結構的尺寸，使得飛秒雷射表面加工有更強的可控性。 2．利用飛秒雷射脈衝序列加工及其替代方法加工了多種結構的干涉式微型光纖感測器並進行測試，包括：（1）微槽結構馬赫-曾德干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer，MZI）感測器，折射率靈敏度達104 nm/RIU；（2）採用飛秒雷射加工雙空氣孔結構MZI感測器，用作高溫感測器時抑制折射率交叉敏感，測量溫度可達1200℃，高溫區靈敏度為109 pm/℃；（3）熔融-連線法加工類雙錐結構MZI感測器，簡化了工藝、大幅降低了成本，並實現了1100℃的高溫測試；（4）採用飛秒雷射加工了反射探針式光纖感測器，能夠測量微米區域的溫度、折射率等參數；（5）飛秒雷射和熔接法加工微腔-纖芯不匹配式MZI感測器，可同時進行雙參數的測量，如同時測量應變、溫度或折射率、應變；（6）利用飛秒雷射輔助加工了具有溫度自補償功能的全玻璃光纖法布里-珀羅熱光係數感測器。 3．利用熱處理和納米沸石鍍膜等方式提高了微型光纖感測器的靈敏度、測量範圍和工作穩定性，包括：（1）採用高溫熱處理的方式降低雷射燒蝕的表面粗糙度，提高了雙微孔結構MZI高溫光纖感測器的可重複性；（2）在光纖MZI 表面鍍納米沸石薄膜，提高了光纖微感測器的用於微量氣體檢測時的靈敏度，實現了小於50ppm的丙酮氣體檢測。上述高靈敏度耐高溫微感測器在機械、化學、生物等方面有潛在套用價值，對推動感測器的微型化、集成化及多功能化等都具有重要意義。
