具有偏心環(huán)形反射面的光纖法珀干涉?zhèn)鞲衅鲗?shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文在了解了本征型光纖法珀腔、非本征型法光纖珀腔和在線型光纖法珀腔，這三類光纖法珀腔優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了兩個(gè)偏心環(huán)形反射面的光纖法珀腔。一個(gè)是溫度靈敏度高且干涉譜對(duì)比度大的本征型光纖法珀腔；另一個(gè)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且溫度低敏感的非本征型光纖法珀腔。光學(xué)分析與仿真了這兩個(gè)偏心環(huán)形反射面的光纖法珀腔的光學(xué)原理，在理論指導(dǎo)下進(jìn)了這兩個(gè)法珀腔的制作，實(shí)驗(yàn)測(cè)定了這兩個(gè)光纖法珀腔分別應(yīng)用作為溫度傳感器和折射率傳感器的特性參數(shù)。本文豐富了光纖法珀干涉?zhèn)鞲衅?/p>

2、的結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)一步拓展了光纖法珀傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1．光學(xué)分析與仿真這兩個(gè)偏心環(huán)形反射面的光纖法珀腔的光學(xué)原理。在康寧單模光纖(SMF28e)后熔接一段多模光子晶體光纖(MM-HNA-5)而成的光纖法珀溫度傳感器，是通過多模光子晶體光纖(MM-HNA-5)相對(duì)于康寧單模光纖(SMF28e)軸偏置2～4m熔接來控制第一個(gè)反射面的反射光強(qiáng)與透射光強(qiáng)的比例，以便達(dá)到此種光纖法珀腔相干的兩束光的光強(qiáng)強(qiáng)度相近，從

3、而實(shí)現(xiàn)制作的光纖法珀的干涉譜的對(duì)比度最佳；在康寧單模光纖(SMF28e)后依次熔接不同芯徑的空芯光纖，通過將此種法珀腔的第二個(gè)反射面相對(duì)于康寧單模光纖(SMF28e)的軸偏置6m以上，再配合熔接第一反射面的熔接能量高于熔接第二反射面的熔接能量，從而實(shí)現(xiàn)制作光纖法珀腔干涉譜的對(duì)比度最佳，且由于小芯徑空芯光纖中心的通孔，實(shí)現(xiàn)光纖法珀腔的腔內(nèi)與外界相通。
　　2．研究了在康寧單模光纖(SMF28e)后軸偏置續(xù)接一段多模光子晶體光纖(MM

4、-HNA-5)成的光纖法珀溫度傳感器的制作方法，在實(shí)驗(yàn)室以前熔接空芯光子晶體光纖法珀腔的基礎(chǔ)了，確定了熔接這種溫度傳感器的熔接參數(shù)。探討了這種光纖法珀溫度傳感器是基于光纖材料的熱光效應(yīng)，由于光纖的熱光系數(shù)要比熱膨脹系數(shù)大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此康寧單模光纖(SMF28e)后軸偏置續(xù)接一段多模光子晶體光纖(MM-HNA-5)成的光纖法珀溫度傳感器具有溫度靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)行了該傳感器的高溫退火實(shí)驗(yàn)研究、高溫段的重復(fù)返復(fù)實(shí)驗(yàn)、高溫的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)和低溫

5、段的重復(fù)返復(fù)實(shí)驗(yàn)。最后得到了該光纖法珀溫度傳感器測(cè)量范圍（實(shí)驗(yàn)值為-20～1200℃，理論值為-200～1200℃），和該法珀溫度傳感器的歸一化光程差溫度靈敏度。歸一化光程差溫度靈敏度的值與理論值相近，約為290nm/(?cm)。低溫段的歸一化光程差靈敏度為271.162nm/(℃cm)，較高溫段的歸一化的光程差溫度靈敏度略小，且具有良好的線性和重復(fù)性。
　　3．研究了康寧單模光纖(SMF28e)后依次熔接不同芯徑的空芯光纖而成的

6、光纖折射率傳感器的制作方法，在熔接此結(jié)構(gòu)的光纖法珀腔的第一反射面時(shí)，采用的熔接能量稍高（熔接機(jī)的能量等級(jí)為100），第二個(gè)反射面的熔接能量稍低（熔接機(jī)的能量等級(jí)為80），同時(shí)偏置熔接小芯徑的空芯光纖6?m以上。探討了該光纖法珀傳感器測(cè)量氣體折射率的原理，被測(cè)氣體通過小芯徑光纖中心的通孔進(jìn)入光纖法珀腔內(nèi)，改變光纖法珀腔的光程差，而引起光纖法珀干涉譜的峰值波長(zhǎng)發(fā)生漂移，通過光譜探測(cè)峰值波長(zhǎng)的漂移量，從而得到被測(cè)氣體的折射率。（可測(cè)量的最大折