微納光纖光柵折射率傳感研究及應(yīng)用.pdf

1、微納光纖(MNF)的倏逝波傳輸特性，使其傳輸光模式對外界折射率的變化十分敏感。如果將具有窄反射通帶的布拉格光柵與具有高比例倏逝波的微納光纖相結(jié)合將產(chǎn)生一種全新的器件—微納光纖布拉格光柵，它不但在折射率傳感中能夠得到應(yīng)用，還將會(huì)在更廣闊的領(lǐng)域得到更多有待開發(fā)的應(yīng)用。
　　本文基于光纖波導(dǎo)理論，對微納光纖的光學(xué)傳輸特性進(jìn)行了系統(tǒng)描述，建立了微納光纖光柵(MNFBG)倏逝波折射率傳感理論模型，并對微納光纖光柵的制作方法、工藝以及折射率傳

2、感測量現(xiàn)狀與發(fā)展進(jìn)行了綜述與分析，重點(diǎn)研究了基于氫氟酸腐蝕普通單模光纖布拉格光柵(FBG)的MNFBG制作方法與液體折射率傳感特性。設(shè)計(jì)了一種腐蝕裝置，其既可在恒溫條件下完成腐蝕，又可以防止氫氟酸揮發(fā)，還可以利用三層液體分層法對腐蝕光纖光柵的部位進(jìn)行控制。經(jīng)過腐蝕實(shí)驗(yàn)研究表明:腐蝕溫度一般選擇在20～22℃，腐蝕液濃度按40％、20％、10％分三個(gè)階段進(jìn)行。在溫度為22℃時(shí)，腐蝕液濃度按40％大約30min，20％的大概90min，10

3、％的80min左右的分段腐蝕法。用該裝置制作了直徑約為8μm、6μm、4μm和2μm的微納光纖光柵傳感器，進(jìn)一步對傳感器進(jìn)行了折射率特性研究，對不同濃度的蔗糖溶液在22℃下的折射率進(jìn)行來測量，實(shí)驗(yàn)證明折射率越大，其對應(yīng)的共振波長的變化也越大。當(dāng)溫度為22℃時(shí)，微納光纖光柵直徑約為8μm、6μm、4μm和2μm時(shí)，對應(yīng)的折射率靈敏度分別為13.104nm/RIU、31.393nm/RIU、74.612nm/RIU和112.59nm/RIU

4、。由直徑對應(yīng)的折射率靈敏度分析可知:MNFBG直徑減小，其折射率靈敏度不是光纖光柵直徑的線性函數(shù)，從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證了MNFBG諧振波長隨環(huán)境折射率變化的靈敏度與光纖光柵直徑并不是線性關(guān)系?？紤]到溫度變化對共振波長產(chǎn)生的影響，利用三種液體分層法將光纖光柵的一半腐蝕掉，一半是普通的FBG，另一半是MNFBG。在22℃左右時(shí)，微納光纖光柵的直徑為4.5μm時(shí)，溫度靈敏度為0.005nm/℃,折射率靈敏度為47.558nm/RIU，經(jīng)過溫度修正后