彎曲光纖干涉型傳感器的制備及特性研究.pdf

1、光纖傳感技術(shù)是伴隨光導(dǎo)纖維、光電子及光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種新型傳感技術(shù)，正逐漸成為一個衡量國家信息化發(fā)展程度的標(biāo)志之一。由于光纖傳感器具有結(jié)構(gòu)小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、復(fù)用能力強(qiáng)、易于構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用價值，受到越來越多的關(guān)注。
　　本論文根據(jù)對當(dāng)前光纖傳感器發(fā)展現(xiàn)狀的分析，以基于彎曲光纖的干涉型光纖傳感器的研究為出發(fā)點，以簡化傳感器的制作工藝、提高傳感器性能（包括探測精度、靈敏度及穩(wěn)定性）等為研究目標(biāo)

2、，進(jìn)行了可用于雙通道檢測和消除溫度交叉敏感的傳感器結(jié)構(gòu)、彎曲干涉結(jié)構(gòu)的雙通道折射率傳感器、基于錐形光纖的溫度靈敏度可調(diào)諧法布里-珀羅干涉儀等多種傳感器設(shè)計、制備、測試分析和優(yōu)化，實現(xiàn)了多種新型干涉型光纖傳感器的研究與應(yīng)用。
　　論文的主要工作如下:
　　1.將光纖彎曲損耗的物理機(jī)制與光纖馬赫-曾德干涉原理相結(jié)合，設(shè)計和實現(xiàn)了一種基于彎曲光纖干涉的傳感器結(jié)構(gòu)。通過對該傳感器結(jié)構(gòu)的工作原理進(jìn)行分析，得出了該結(jié)構(gòu)可用作環(huán)境折射率傳

3、感的結(jié)論，并在實驗上驗證了其傳感性能。通過控制彎曲角度得到不同的傳感器結(jié)構(gòu)，并對其折射率傳感特性進(jìn)行實驗分析，得到最高的折射率靈敏度可達(dá)204nm/RIU。同時，通過改變彎曲角度，制備具有不同彎曲角度的干涉結(jié)構(gòu)，并對不同彎曲角度的光纖干涉結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈敏度分析。
　　2.設(shè)計了一種基于波長調(diào)制的光纖彎曲結(jié)構(gòu)的傳感器，對設(shè)計原理與制備方法進(jìn)行了闡述，并對該傳感器結(jié)構(gòu)的折射率與溫度傳感特性進(jìn)行實驗研究。進(jìn)而，根據(jù)波長調(diào)制光纖彎曲結(jié)構(gòu)的特點

4、，提出了一種新型的雙通道光纖干涉?zhèn)鞲衅?，實驗表?兩個通道可以進(jìn)行無串?dāng)_的雙通道測量，通過對其溫度傳感特性進(jìn)行分析得出:在低于25℃的環(huán)境中，雙通道的傳感器可以實現(xiàn)溫度不敏感的折射率測量目標(biāo);由于兩個通道的溫度響應(yīng)極為接近，這樣有益于實現(xiàn)溫度自補(bǔ)償?shù)臏y量目標(biāo)。
　　3.為進(jìn)一步優(yōu)化基于光纖彎曲結(jié)構(gòu)傳感器的性能，將光纖彎曲結(jié)構(gòu)與長周期光纖光柵進(jìn)行復(fù)用，實現(xiàn)了溫度與折射率雙參量的同時測量，采用相對波長變化的解調(diào)方式實現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，得到

5、溫度不敏感的折射率測量結(jié)果。為解決干涉結(jié)構(gòu)透射譜的帶寬較寬而嚴(yán)重影響探測精度和分辨率的問題，將彎曲干涉結(jié)構(gòu)與環(huán)形激光器相結(jié)合，構(gòu)建了一種基于環(huán)形激光器的折射率傳感器系統(tǒng)，實現(xiàn)了高精度的基于光纖環(huán)形激光器的折射率傳感系統(tǒng)。
　　4.針對光纖法布里-珀羅（Fabry-Perot，F(xiàn)P）干涉儀在傳感應(yīng)用過程中存在的溫度交叉敏感問題，提出了利用在光纖FP腔內(nèi)引入具有自由度的反射端面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，有效地解決了FP干涉儀的溫度交叉敏感問題。