基于介質(zhì)薄膜F-P干涉的光纖傳感技術(shù)研究.pdf

1、法布里-珀羅（Farby-Perot）干涉型光纖傳感器是近年來光纖傳感領(lǐng)域研究的熱點之一。相比其它類型的光纖傳感器，F(xiàn)-P干涉型光纖傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)緊湊和易于制作等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)藥、物資倉儲及國防軍工等領(lǐng)域。氧化物介質(zhì)薄膜具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性，以及對酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力等優(yōu)良性能，在汽車制造、綠色環(huán)保等國民經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域受到極大的關(guān)注，并在光、電傳感領(lǐng)域得到深入研究。
　　本文在

2、分析光學(xué)薄膜理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計在光纖端面沉積多層氧化物介質(zhì)材料薄膜，形成F-P干涉型傳感結(jié)構(gòu)，搭建傳感測試平臺進(jìn)行實驗研究，實現(xiàn)對高溫溫度、相對濕度和溶液折射率三個物理參量的高精度傳感。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）基于多層氧化物介質(zhì)薄膜的F-P干涉型光纖高溫溫度傳感系統(tǒng)研究。針對介質(zhì)材料ZrO2和Al2O3具有在很寬的波長范圍內(nèi)有較高的透射率、機械穩(wěn)定性好、熔點高等優(yōu)點，而且溫度膨脹系數(shù)相近的特性，根據(jù)光學(xué)薄膜設(shè)計理

3、論，采用物理的氣相沉積（PVD）技術(shù)在光纖端面沉積ZrO2/Al2O3/ZrO2薄膜，形成F-P干涉型高溫傳感結(jié)構(gòu)。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，薄膜中傳播的光信號的光程差也會發(fā)生變化，使得干涉光譜的波形發(fā)生漂移，從而建立起光譜漂移量與溫度變化之間的聯(lián)系。借助于F-P結(jié)構(gòu)的高精度解調(diào)，所設(shè)計和研究的基于普通多模光纖的多層膜高溫傳感器在250℃-750℃范圍，靈敏度為5.4 pm/℃；基于藍(lán)寶石光纖的多層膜高溫傳感器在400℃-1000℃范圍，靈敏度

4、為40.7 pm/℃，兩種高溫傳感器都具有較高的分辨本領(lǐng)及應(yīng)用價值。
　?。?）基于多層氧化物介質(zhì)薄膜的F-P干涉型光纖相對濕度傳感系統(tǒng)研究。針對在沒有離子源助力的情況下 PVD技術(shù)會沉積形成多孔的無定型薄膜的沉積理論，在光纖端面沉積 TiO2/SiO2/TiO2多層介質(zhì)材料，形成多孔的F-P干涉型薄膜傳感器。當(dāng)傳感器所在環(huán)境的相對濕度（RH）發(fā)生變化時，多孔薄膜結(jié)構(gòu)中水蒸氣分子會被吸收或放出，使得多孔薄膜的折射率發(fā)生相應(yīng)的改變。

5、而當(dāng)多孔結(jié)構(gòu)薄膜折射率發(fā)生變化時，在薄膜中傳播的光信號反射光譜發(fā)生漂移，從而建立起光譜漂移量與環(huán)境相對濕度變化之間的關(guān)系，通過算法處理和標(biāo)定，可以確定環(huán)境的相對濕度值。所設(shè)計和研究的相對濕度傳感器在相對濕度為1.8％RH-74.7%RH范圍，分辨率為0.43 nm/RH。
　　（3）基于多層氧化物介質(zhì)薄膜的F-P干涉型光纖折射率傳感系統(tǒng)研究。在多模光纖的端面沉積多層介質(zhì)材料多孔薄膜，從而形成低精度的F-P干涉型光纖傳感結(jié)構(gòu)，通過監(jiān)