【摘 要】
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应变传感器被广泛用于医疗监测、工业建设等领域,其中光纤应变传感器以其耐高温、抗电磁干扰、小尺寸、高灵敏度等优势被广泛研究应用。为进一步提高传感器的性能,本论文提出了三种基于纤内凸气泡微腔结构的光纤应变传感器,并从应变传感原理、器件的制备方法及性能测试分析比较等方面对这三种结构进行了深入的研究。1、提出并制备了一种基于载氢光纤内嵌凸气泡微腔结构的光纤应变传感器,该器件由置于高压纯氢环境两周以上的普通
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应变传感器被广泛用于医疗监测、工业建设等领域,其中光纤应变传感器以其耐高温、抗电磁干扰、小尺寸、高灵敏度等优势被广泛研究应用。为进一步提高传感器的性能,本论文提出了三种基于纤内凸气泡微腔结构的光纤应变传感器,并从应变传感原理、器件的制备方法及性能测试分析比较等方面对这三种结构进行了深入的研究。1、提出并制备了一种基于载氢光纤内嵌凸气泡微腔结构的光纤应变传感器,该器件由置于高压纯氢环境两周以上的普通单模光纤通过飞秒激光微加工和特定熔接参数熔接制成。腔长r为96μm,横向直径R约为230μm,壁厚h为11μm的椭球型凸气泡微腔结构的应变灵敏度为10.01 pm/με,较之完全内含在光纤内部的气泡微腔结构（2.72 pm/με）,灵敏度高出一个数量级。2、提出并制备了一种基于非对称锥过渡区内嵌凸气泡微腔结构的光纤应变传感器,该器件由飞秒激光微加工和熔接机的锥形熔接模式制成。气泡微腔的腔长r约为95.8μm,均匀锥腰部分的直径约为23.8μm,其应变灵敏度为10 pm/με。3、为进一步提高灵敏度,又提出了一种基于光纤对称锥锥腰内嵌凸气泡微腔结构的光纤应变传感器,该器件由电弧放电拉锥、飞秒激光微加工和特定的熔接参数熔接制成。锥腰直径为20μm,腔长r为46.12μm,横向直径R为48μm,其应变灵敏度为101.7 pm/με,具有良好的稳定性和重复性,且温度交叉影响极低（10nε/℃）,该结构在目前报导的基于纤内气泡FPI的应变传感器中具有最高的灵敏度。本论文通过对纤内气泡微腔结构进行基于泊松效应的应变分析,得到其应变灵敏度与壁厚h、横向直径R和轴向直径r这三个量有关。又通过对光纤对称锥锥腰内嵌凸气泡微腔结构进行应变数值模拟计算及实验验证得:锥腰直径越小、壁厚越薄、横纵比（R/r）越大,气腔越容易产生变形,故应变灵敏度越大。
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