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光纤光栅(FBG)传感器相对于传统电传感器具有结构小巧、灵敏度高、抗干扰能力强、重复性好、对光源能量和稳定性要求低等诸多优势。在光纤光栅包层表面镀膜已经成为了光纤光栅传感器制备的发展方向。但是现有的直接在普通光纤光栅表面镀膜的方式灵敏度低、薄膜容易破裂脱落,难以实现高精度测量。本文提出了一种利用飞秒激光在光纤光栅表面包层制备微结构的方法来制备新型微结构光纤光栅传感器,这种传感器具有灵敏度高、薄膜不易破裂脱落等优点。本文从温度及应变两个方面来分别分析微结构光纤光栅传感器的增敏特性,其中温度方面是利用磁控溅射方法镀铜膜制备的光纤光栅温度传感器来验证;应变方面是利用光纤光栅磁场传感器来验证,其原理是利用TbDyFe材料的磁致伸缩效应。本文首先阐述了光纤光栅的传感原理,介绍了微结构的制备方法,通过仿真及理论分析探讨了微结构光纤光栅的增敏特性,对飞秒激光基础加工参数、HF酸腐蚀对微结构形状的影响进行了分析,介绍了磁控溅射镀膜设备以及镀膜的过程,最后对制备的传感器探头进行了性能测试,进而分析了各种微结构探头的优缺点并进行整体优化与改进。本文主要研究内容和结果归纳如下:(1)首先分析了微结构光纤光栅在温度与应变方面的增敏原理,证明其可行性,并设计了四种可制备的微结构样式,介绍了如何利用光纤旋转夹具与三维移动平台的结合来制备这几种微结构,通过微结构光纤横截面积与镀膜横截面积的比较分析了这几种结构增敏的机制,确认了增敏的主要结构参数,然后利用有限元分析的方法从总体形变的角度探讨了各种微结构的增敏幅度及增敏特性,结果表明制备这几种微结构能有效提高传感器灵敏度。(2)通过实验研究,详细探讨了光阑大小、激光能量、扫描速度等激光加工参数对微结构加工的影响,确定了合适加工参数范围。还研究了HF酸浓度与腐蚀时间对加工后的微结构形状及表面质量的影响,确定了合适的HF酸腐蚀参数。最后利用磁控溅射的方法在微结构光纤上镀覆铜膜或磁致伸缩膜,制备了几种传感器探头。(3)通过搭建温度与磁场测试平台,对制备的传感器探头进行了测试与分析。实验结果表明,不同样式微结构探头或相同样式不同结构参数的微结构探头,其灵敏度提升幅度各不相同,其中温度方面的灵敏度提高了1.5~3倍,磁场方面提高了2~4倍,说明在光纤光栅上制备微结构能有效提高传感器的温度与应变传感性能。