基于空芯光纤锥的马赫—曾德尔干涉仪传感器研究

发布时间：2017-08-20 11:25

  本文关键词：基于空芯光纤锥的马赫—曾德尔干涉仪传感器研究

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【摘要】：自光纤问世以来，光纤传感和光纤通信技术便应运而生并迅猛发展起来，其中光纤传感器相比于传统电子传感器具有尺寸小、质量轻、响应快、耐腐蚀、本质绝缘、抗电磁干扰等优点而得到广泛应用。近几年，，作为光纤传感器的重要组成部分，各种新奇结构或创新机理的光纤马赫-曾德尔（M-Z）干涉仪传感器被研究出来以满足人们的各种需求，比如具有结构紧凑或传感灵敏度高等特点的传感器。 本论文用熔融拉锥技术制作了基于空芯光纤锥（HOFT）的M-Z干涉仪光纤传感器，即通过先把一段空芯光纤（HOF）熔接到两段普通石英光纤（SMF）中，然后在HOF中间熔融拉锥形成HOFT而制成的。在熔接和拉锥的过程中由于热效应会导致在放电区域的HOF的空气孔塌陷，HOF与SMF熔接的两个塌陷区域主要起到模式耦合和再耦合的作用，HOF中间的塌陷区域则起到增强干涉的作用。这种SMF-HOFT-SMF结构的M-Z干涉仪的HOF长度仅有2mm、锥腰直径为66.5μm，因此器件结构紧凑、机械强度较大。 我们对器件的折射率（RI）传感特性进行了详细的实验探究，发现器件的折射率灵敏度随折射率的增加呈现指数增加的关系，对于波长在1440nm处的干涉峰，在折射率从1.4406到1.4458的范围内，最大灵敏度达到7041.21nm/RIunit (RIU)，所以该器件的折射率灵敏度较高。另外，我们对器件的应力和温度的传感响应特性也进行了测试，在应力0~1N范围内灵敏度为-6.26nm/N，在温度30℃~100℃范围内灵敏度仅有9.8pm/℃，所以该器件的温度交叉灵敏度较低。由于器件结构紧凑、容易制备、制作成本低、折射率灵敏度高、温度交叉灵敏度低等优点，使其在生物、化学和物理传感领域都有潜在的应用前景。
【关键词】：光纤传感器 光纤马赫-曾德尔（M-Z）干涉仪 空芯光纤
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.3;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 课题研究背景和意义9-11
• 1.2 干涉型光纤传感器的分类和特性11-14
• 1.2.1 光纤法布里-珀罗干涉仪11-12
• 1.2.2 光纤马赫-曾德尔干涉仪12
• 1.2.3 光纤迈克尔逊干涉仪12-13
• 1.2.4 光纤萨格纳克干涉仪13-14
• 1.3 马赫-曾德尔干涉型光纤传感器的国内外研究现状14-20
• 1.3.1 基于激光加工制作的 M-Z 干涉仪14-15
• 1.3.2 基于光纤拉锥、错位熔接制作的 M-Z 干涉仪15-18
• 1.3.3 基于三明治结构的 M-Z 干涉仪18-20
• 1.4 课题主要研究内容20-22
• 第二章 基于空芯光纤锥的马赫-曾德尔干涉仪的制备22-30
• 2.1 空芯光纤的简介22-23
• 2.2 基于空芯光纤锥的 M-Z 干涉仪的制备步骤23-27
• 2.3 基于空芯光纤锥的 M-Z 干涉仪传输特性的理论分析27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 基于空芯光纤锥的马赫-曾德尔干涉仪的折射率传感特性30-35
• 3.1 折射率传感测试实验工具的准备30-31
• 3.2 折射率传感测试实验的操作步骤31-32
• 3.3 折射率传感测试实验的数据处理及分析32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 基于空芯光纤锥的马赫-曾德尔干涉仪的应力传感特性35-39
• 4.1 应力传感测试实验的操作步骤35
• 4.2 应力传感测试实验的数据处理和分析35-38
• 4.3 本章小结38-39
• 第五章 基于空芯光纤锥的马赫-曾德尔干涉仪的温度传感特性39-42
• 5.1 温度传感测试实验的操作步骤39
• 5.2 温度传感测试实验的数据处理和分析39-41
• 5.3 本章小结41-42
• 第六章 论文总结42-44
• 参考文献44-48
• 作者简介及科研成果48-50
• 致谢50

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 史杰;基于干涉原理和光纤布拉格光栅的复合参数光纤传感器[D];上海交通大学;2013年

2 顾波波;新型结构光纤传感器及其应用研究[D];浙江大学;2012年

本文编号：706358