基于光纤微腔的新型结构传感器的应用研究
发布时间：2021-12-12 00:10
物联网是继计算机、互联网之后世界信息产业的“第三次浪潮”,而构建稳定的物联网的关键和前提是需要有先进、可靠的信息感知技术。光纤传感技术就是一个极其重要的信息感知技术,近十年来,由于光纤传感器体积小、损耗低、适合长距离传感、不受电磁干扰、组网容易等诸多优点,使得其在整个传感领域的市场份额逐渐增大。在众多类型的光纤传感器中,反射式的干涉型光纤传感器尤其吸引了研究者的注意,这主要是因为这类传感器的结构更为紧凑、灵敏度更高、传感器的安装、布线和组网也更加地简单,在许多空间有限的应用场合无疑是最佳的解决方案。本论文研究的对象便是基于光纤微腔的新型反射式结构传感器及其解调技术,研究的目标在于探索新型的光纤微腔传感器在更多的领域的应用潜力,并通过对传感器特殊的设计和新型的解调算法,实现更低串扰或者多参量的测量。本文首先简要介绍了光纤传感技术的研究、市场背景和发展状况,引出了研究和发展新型的反射式干涉型光纤传感器的重要性,紧接着介绍了法布里-珀罗光纤微腔传感器的分类、应用场合和基本原理。接着本论文提出了一种基于边孔光纤的新型全开腔式法布里-珀罗光纤微腔传感器,较为详尽地研究了其机械性能和光学性能,并实...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１单点式光纤传感器市场２００８年与２０１４年份额对比??
还有一类强度解调型的光纤微腔传感器是直接利用光纤微腔左右相对的两根光??纤的耦合效率进行传感，通常可以用于弯曲、位移或者振动的传感。如Ｐｉｎｇ?Ｌｕ等人提出??了?一种基于光纤微腔结构振动传感器其结构示意如图１．３所示，作者在光纤内部制作??了一根“悬浮”的微纳光纤，该光纤末端与右侧的单模光纤之间形成了一个微腔结构，当??外界振动波传输到探头时，微纳光纤会开始摆动，导致耦合到右侧单模光纤的能量随着摆??动而变化，通过检测透射的光强信息便可以反推外界振动的频率和大小。??４??
??图１．３基于光纤微腔的光纤振动传感器１３７１??＊基于光纤微腔的法布里－珀罗干涉传感器??这是研究最为广泛、性能较好的光纤微腔传感器，部分传感器已经成功商业化。因为??光纤微腔形成了法布里－珀罗干涉仪，具有很高的灵敏度，并且是一类体积最小光纤干涉??仪。法布里－珀罗光纤微腔传感器按照微腔的结构形态一般可以分为三种：闭腔式、半开??腔式和全开腔式｜３８］。闭腔式的光纤微腔通常封闭在光纤内部，腔内物质与外界没有相互连??通，因此这类传感器通常只能用于应力、弯曲、温度等常规的检测。而半开腔式一般是指??光纤微腔的一侧是贯通的，能够与外界物质直接作用，因此能够实现更多种类的高精度传??感器，如Ｃｈｕａｎｇ?Ｗｕ等人［３９］提出了一种基于Ｃ型光纤的半开腔式的法布里－珀罗光纤微腔传??感器，Ｃ型光纤直接由拉丝塔制备而成，其结构示意如图１．４所示，实现了灵敏度高达??１３６８ｎｍ／ＲＩＵ的折射率传感器。??■■ＳＢ??￣?．Ｓｉ??图１．４基于Ｃ型光纤的法布里－珀罗光纤微腔传感器Ｍ?（ａ）?Ｃ型光纤横截面显微镜图片；??（ｂ）?－?（ｄ）传感器制作过程显微镜图片??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Mach-Zehnder干涉的湿度光纤传感器的研究[J]. 唐学敏,安佳丽,金永兴. 激光与光电子学进展. 2014(06)
[2]标准状态下氮气在0.145～2.058μm的色散特性[J]. 张继涛,黄沛,李岩,尉昊赟. 光学学报. 2012(08)
[3]基于倾斜光纤光栅的相对湿度传感器[J]. 苗银萍,刘波,刘健,孙华,赵启大. 光电子.激光. 2010(07)
[4]聚焦离子束在光纤探针制备技术中的应用[J]. 魏恩浩,徐平,王荣明,商广义,姚骏恩. 电子显微学报. 2009(06)
[5]聚焦离子束系统原理、应用及进展[J]. 于华杰,崔益民,王荣明. 电子显微学报. 2008(03)
[6]飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿[J]. 何飞,程亚. 中国激光. 2007(05)
[7]飞秒激光超精细“冷”加工技术及其应用（续）[J]. 杨建军. 激光与光电子学进展. 2004(04)
[8]纳米测量仪器和纳米加工技术[J]. 姚骏恩. 中国工程科学. 2003(01)
[9]原子吸收光谱法测定中成药中微量元素[J]. 刘彦明. 光谱学与光谱分析. 2000(03)
[10]分布型光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度[J]. 王玮,周邦全,张在宣,吴孝彪,郭宁,余向东,王其良. 光学学报. 1999(01)
博士论文
[1]基于光纤光栅的新型传感技术和高温器件研究[D]. 高少锐.浙江大学 2014
[2]光纤光栅传感与光纤光栅激光器的应用研究[D]. 刘伟升.浙江大学 2011
[3]光纤折射率传感和信号解调技术研究[D]. 汪扬春.浙江大学 2010
[4]聚二甲基硅氧烷/二氧化硅复合网络及环氧树脂/聚二甲基硅氧烷互穿网络的研究[D]. 贾丽亚.北京化工大学 2007
硕士论文
[1]基于光纤光栅和磁致伸缩材料的GMA内部磁场测量系统[D]. 周慧.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于湿敏材料的光干涉型光纤湿度仪的研究[D]. 黄然.中国计量学院 2016
[3]光纤包层模式传感器及其应用研究[D]. 梁燕洪.浙江大学 2016
[4]光纤法布里—珀罗干涉仪传感器的加工技术研究[D]. 刘鹏飞.北京理工大学 2016
[5]基于磁致伸缩材料的生物传感器灵敏度特性研究[D]. 魏秀娟.太原理工大学 2013
[6]PDMS微流控芯片的制备工艺研究[D]. 夏飞.南京理工大学 2010
[7]光纤法布里—珀罗传感器及其复用研究[D]. 方卉.大连理工大学 2009
[8]PDMS微流控芯片关键工艺技术研究[D]. 李永刚.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
本文编号：3535645
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１单点式光纤传感器市场２００８年与２０１４年份额对比??
还有一类强度解调型的光纤微腔传感器是直接利用光纤微腔左右相对的两根光??纤的耦合效率进行传感，通常可以用于弯曲、位移或者振动的传感。如Ｐｉｎｇ?Ｌｕ等人提出??了?一种基于光纤微腔结构振动传感器其结构示意如图１．３所示，作者在光纤内部制作??了一根“悬浮”的微纳光纤，该光纤末端与右侧的单模光纤之间形成了一个微腔结构，当??外界振动波传输到探头时，微纳光纤会开始摆动，导致耦合到右侧单模光纤的能量随着摆??动而变化，通过检测透射的光强信息便可以反推外界振动的频率和大小。??４??
??图１．３基于光纤微腔的光纤振动传感器１３７１??＊基于光纤微腔的法布里－珀罗干涉传感器??这是研究最为广泛、性能较好的光纤微腔传感器，部分传感器已经成功商业化。因为??光纤微腔形成了法布里－珀罗干涉仪，具有很高的灵敏度，并且是一类体积最小光纤干涉??仪。法布里－珀罗光纤微腔传感器按照微腔的结构形态一般可以分为三种：闭腔式、半开??腔式和全开腔式｜３８］。闭腔式的光纤微腔通常封闭在光纤内部，腔内物质与外界没有相互连??通，因此这类传感器通常只能用于应力、弯曲、温度等常规的检测。而半开腔式一般是指??光纤微腔的一侧是贯通的，能够与外界物质直接作用，因此能够实现更多种类的高精度传??感器，如Ｃｈｕａｎｇ?Ｗｕ等人［３９］提出了一种基于Ｃ型光纤的半开腔式的法布里－珀罗光纤微腔传??感器，Ｃ型光纤直接由拉丝塔制备而成，其结构示意如图１．４所示，实现了灵敏度高达??１３６８ｎｍ／ＲＩＵ的折射率传感器。??■■ＳＢ??￣?．Ｓｉ??图１．４基于Ｃ型光纤的法布里－珀罗光纤微腔传感器Ｍ?（ａ）?Ｃ型光纤横截面显微镜图片；??（ｂ）?－?（ｄ）传感器制作过程显微镜图片??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Mach-Zehnder干涉的湿度光纤传感器的研究[J]. 唐学敏,安佳丽,金永兴. 激光与光电子学进展. 2014(06)
[2]标准状态下氮气在0.145～2.058μm的色散特性[J]. 张继涛,黄沛,李岩,尉昊赟. 光学学报. 2012(08)
[3]基于倾斜光纤光栅的相对湿度传感器[J]. 苗银萍,刘波,刘健,孙华,赵启大. 光电子.激光. 2010(07)
[4]聚焦离子束在光纤探针制备技术中的应用[J]. 魏恩浩,徐平,王荣明,商广义,姚骏恩. 电子显微学报. 2009(06)
[5]聚焦离子束系统原理、应用及进展[J]. 于华杰,崔益民,王荣明. 电子显微学报. 2008(03)
[6]飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿[J]. 何飞,程亚. 中国激光. 2007(05)
[7]飞秒激光超精细“冷”加工技术及其应用（续）[J]. 杨建军. 激光与光电子学进展. 2004(04)
[8]纳米测量仪器和纳米加工技术[J]. 姚骏恩. 中国工程科学. 2003(01)
[9]原子吸收光谱法测定中成药中微量元素[J]. 刘彦明. 光谱学与光谱分析. 2000(03)
[10]分布型光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度[J]. 王玮,周邦全,张在宣,吴孝彪,郭宁,余向东,王其良. 光学学报. 1999(01)
博士论文
[1]基于光纤光栅的新型传感技术和高温器件研究[D]. 高少锐.浙江大学 2014
[2]光纤光栅传感与光纤光栅激光器的应用研究[D]. 刘伟升.浙江大学 2011
[3]光纤折射率传感和信号解调技术研究[D]. 汪扬春.浙江大学 2010
[4]聚二甲基硅氧烷/二氧化硅复合网络及环氧树脂/聚二甲基硅氧烷互穿网络的研究[D]. 贾丽亚.北京化工大学 2007
硕士论文
[1]基于光纤光栅和磁致伸缩材料的GMA内部磁场测量系统[D]. 周慧.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于湿敏材料的光干涉型光纤湿度仪的研究[D]. 黄然.中国计量学院 2016
[3]光纤包层模式传感器及其应用研究[D]. 梁燕洪.浙江大学 2016
[4]光纤法布里—珀罗干涉仪传感器的加工技术研究[D]. 刘鹏飞.北京理工大学 2016
[5]基于磁致伸缩材料的生物传感器灵敏度特性研究[D]. 魏秀娟.太原理工大学 2013
[6]PDMS微流控芯片的制备工艺研究[D]. 夏飞.南京理工大学 2010
[7]光纤法布里—珀罗传感器及其复用研究[D]. 方卉.大连理工大学 2009
[8]PDMS微流控芯片关键工艺技术研究[D]. 李永刚.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
本文编号：3535645
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