STMS型光纤液体折射率传感器的研究

发布时间：2017-11-29 11:32

  本文关键词：STMS型光纤液体折射率传感器的研究

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【摘要】：折射率(RI)作为液体最重要的物理参量之一,反应了液体的本质特征,并且与温度、浓度、密度、热力系数等参量紧密相关。所以,在物理、化工、生物、医疗、环境等领域的科研和生产实践中,液体折射率变化的监控至关重要。光纤传感器因其抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、灵敏度高、成本低、结构简单、对被测介质影响小等优良特性,可用来做液体折射率监控,近年来得到了广泛的研究。光纤液体折射率传感器利用液体折射率的变化来调制传输光参量(如强度、相位、波长等),通过对调制前后光谱的比较,解调出相应的折射率变化情况。近年来单模-多模-单模(SMS)光纤结构的折射率传感器得到大量研究。为了提高折射率灵敏度,科研工作者一般对SMS结构中的多模光纤进行微加工,使倏逝波增强并充分接受折射率的调制。本文基于SMS型光纤结构提出了单模-拉锥多模-单模(STMS)型光纤结构的液体折射率传感器,有效提高了折射率传感灵敏度。研究工作由以下几部分组成:1.通过对现有成果研究总结发现研究者一般采用氢氟酸腐蚀、激光加工、火焰熔融拉锥的方法来加强MMF的倏逝场。但是氢氟酸腐蚀实验操作复杂,危险性高;激光加工需要用到昂贵的2或飞秒激光器,成本过高不易于推广。火焰加热熔融拉锥的方法可以均匀减小MMF纤芯包层直径,有效增强倏逝场效应,实验简单易操作,成本较低。故实验选用火焰加热熔融拉锥法。2.通过理论计算分析了多模干涉和光纤倏逝场效应。根据对MMF进行的大量的拉锥实验,总结出了拉锥长度和光纤直径的经验性关系,为后续实验提供理论基础和数据参考。3.实验中选取了纤芯包层直径为62.5/125μm的MMF作为原材料,大大降低了光纤成本。使用拉锥长度30mm,光纤直径3.5532μm的拉锥多模光纤来制作单模-拉锥多模-单模(STMS)光纤结构的折射率传感器,此结构具有较强倏逝场,对外界折射率反应灵敏。在室温25℃条件下,将此结构中的拉锥多模光纤伸直并置于腾空状态,用液滴包裹拉锥区域,实验表明,此结构折射率传感器在折射率范围1.3414-1.3586内具有1009.9nm/RIU的灵敏度,可精密监测液体折射率变化。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212

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本文编号：1237231