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(gè)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(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，受到越來越多的關(guān)注。
　　本論文根據(jù)對(duì)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(diǎn)，以簡化傳感器的制作工藝、提高傳感器性能（包括探測(cè)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(cè)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(jì)、制備、測(cè)試分析和優(yōu)化，實(shí)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(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種基于彎曲光纖干涉的傳感器結(jié)構(gòu)。通過對(duì)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(shí)驗(yàn)上驗(yàn)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(duì)其折射率傳感特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，得到最高的折射率靈敏度可達(dá)204nm/RIU。同時(shí)，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(duì)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(jì)了一種基于波長調(diào)制的光纖彎曲結(jié)構(gòu)的傳感器，對(duì)設(shè)計(jì)原理與制備方法進(jìn)行了闡述，并對(duì)該傳感器結(jié)構(gòu)的折射率與溫度傳感特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。進(jìn)而，根據(jù)波長調(diào)制光纖彎曲結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

4、，提出了一種新型的雙通道光纖干涉?zhèn)鞲衅?，?shí)驗(yàn)表明:兩個(gè)通道可以進(jìn)行無串?dāng)_的雙通道測(cè)量，通過對(duì)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(shí)現(xiàn)溫度不敏感的折射率測(cè)量目標(biāo);由于兩個(gè)通道的溫度響應(yīng)極為接近，這樣有益于實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償?shù)臏y(cè)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(shí)現(xiàn)了溫度與折射率雙參量的同時(shí)測(cè)量，采用相對(duì)波長變化的解調(diào)方式實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，得到

5、溫度不敏感的折射率測(cè)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(cè)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(shí)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(duì)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。