光纤光栅是一种用于处理光信号的新型无源器件,因光纤纤芯折射率发生周期性变化而形成。光纤光栅可用于对折射率、弯曲率、应变等物理量测量,在通信及传感领域中具有广阔的应用前景。高频CO₂激光写制方法,写制周期易控制、成本低且稳定性好,利用高频CO₂激光写入法并对其参数进行优化处理,以制作刻槽型光纤光栅,使其制作稳定性及效率得到改善。本文基于高频CO₂激光写入法机理及耦合模理论进行了原理研究,采用高频CO₂激光制作了不同刻槽深度的光纤光栅,并对其进行了轴向应变和基于悬臂梁的横向负载实验,对比分析了不同刻槽深度光栅应变灵敏度,在此基础上提出了刻槽型光纤应变传感器。本文研究内容主要概括为以下几个方面:首先,根据光纤光栅耦合模理论及CO₂激光写入原理,结合刻槽型光栅应变传感理论,建立刻槽型光纤光栅应变传感实验模型。利用ANSYS软件对不同刻槽深度光纤光栅进行了网格建模,并且分析了三维应变仿真模型特性,得到刻槽结构区应变程度和应力分布位移云图。通过理论推导得出不同刻槽深度与应变传感效应的对应关系,结果表明深刻槽型光栅比浅刻槽型光栅应变灵敏度高。其次,选用已优化的高频CO₂激光写制系统制作三种不同刻槽深度光纤光栅样品,搭建了高频CO₂激光写制刻槽型光栅实验平台。通过实验数据对不同刻槽深度光栅的制作规律进行了验证,分析了光纤光栅制作过程中不同写制因素对光栅形成的影响。实验结果表明,刻槽型光纤光栅可以在高频CO₂激光写制作用下,随着激光写制系统的优化而制作出优良的深刻槽型光纤光栅。最后,设计了刻槽型光纤光栅横向负载实验及轴向应变实验,并搭建了应变测试实验平台。通过理论分析得知,在相同外界条件下,深刻槽型光纤光栅微弯弯曲量比浅刻槽型光栅弯曲量大。在一定微应变范围内,深刻槽光栅谐振波长具有更大漂移值。实验结果表明深刻槽型光栅应变平均灵敏度为-6.82pmμε,比浅刻槽型光栅应变灵敏度高4.73倍左右,进而表明深刻槽型光栅拥有更好的应变性能,具有重要的应用价值。