基于空心光纖的Fabry-Perot干涉儀及其傳感應用研究.pdf

1、光纖法布里-珀羅（Fabry-Perot，F(xiàn)-P）干涉儀在受到軸向應力、溫度和彎曲等外界作用時，會引起F-P腔長度和折射率的變化，從而導致干涉光的光程差發(fā)生變化，利用這一特性可將其用于傳感測量。如今，全光纖、集成化、多參量測量等已成為光纖F-P傳感器技術發(fā)展的主要方向，本文將對基于空心光纖的F-P干涉儀的傳感原理及其傳感特性進行系統(tǒng)的理論分析和實驗研究。
　　本文首先介紹了空心光纖和光纖F-P干涉儀的研究動態(tài)及其應用，然后對傳統(tǒng)光

2、學F-P干涉儀和光纖F-P干涉儀的工作原理進行了詳細介紹，并對光纖F-P干涉儀的傳感特性進行系統(tǒng)分析。在此基礎上，設計并制作出了兩種基于空心光纖的新型光纖F-P干涉儀（空氣腔和石英腔級聯(lián)結(jié)構光纖F-P干涉儀，基于偏心光纖的空氣腔F-P干涉儀）。最后分別對這兩種干涉儀的傳感特性進行了測量和分析。
　　空氣腔和石英腔級聯(lián)結(jié)構的光纖 F-P干涉儀（FPI）的是通過在空心的環(huán)形芯光纖上經(jīng)過多次放電，使之塌縮并形成級聯(lián)的空氣腔和石英腔。由于

3、傳感部分位于光纖中部而不像傳統(tǒng)光纖F-P干涉儀那樣位于光纖末端，所以更易于軸向應力的測量；采用FFT變換得到復合干涉的空間頻譜，從空間頻譜中辨別并選出兩個F-P腔的空間頻率峰，對復合干涉的其他分量進行濾波等處理，再經(jīng)反FFT得到兩個F-P腔的干涉條紋信息。分別對這種光纖F-P干涉儀（FPI）的溫度和應力的實驗測量數(shù)據(jù)進行分析處理，結(jié)果表明空氣腔部分對軸向應力敏感而對溫度不敏感，石英腔部分與空氣腔相比則具有較高的溫度靈敏度和較低的應力靈敏

4、度，實驗上證明了這種級聯(lián)結(jié)構的光纖F-P干涉儀具備同時測量軸向應力和溫度的能力。
　　基于偏心光纖的空氣腔F-P干涉儀是將偏心光纖、空心光纖和多模光纖進行熔接處理，從而形成空氣F-P腔。通過分析其溫度和彎曲的實驗測量數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，由于空氣F-P腔的長度較大且空氣的熱光系數(shù)較低，所以其對溫度靈敏性較低；而在彎曲測量時根據(jù)偏心光纖徑向受力方向的不同，具有不同的彎曲靈敏度。實驗證明這種基于偏心光纖的F-P干涉儀同時具有很好的溫度穩(wěn)定性