基于光子晶体光纤Mach-Zehnder干涉的折射率与湿度传感技术研究

来源 :沈阳师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:thonary09
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光纤传感技术作为感知和获取信息的关键技术发展迅猛,光纤传感器不易受到电磁干扰?灵敏度特别高?体小质轻?耐腐蚀,在工农业生产,桥梁?隧道建筑,生物医药?石油管道运输等行业广泛的发挥作用?而光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)的出现为传感器发展提供了新的方向,低温度敏感性?设计的多样性使其在传感领域被广为关注?本文首先介绍了光纤传感技术的研究背景及意义,并简要分析了目前较为常见的几种光纤传感类型,综述了Mach-Zehnder干涉(MZI)的湿度传感技术发展现状?其次PCF作为导光载体所具有的优良特性也进行说明?再次分析了基于MZI结构的PCF传感理论依据?最后提出了基于光子晶体光纤MZI的折射率传感器和湿度传感器并进行实验测试性能?依据MZI原理,使用PCF设计并制作了新型的光纤传感器并进行了实验测试性能,结果表明实现了对折射率和湿度的传感,具体实验研究结果如下:(1)本文提出了一种Z型SMF-PCF-SMF(SPS)光纤折射率传感器,将一段PCF与单模光纤(SMF)非对芯熔接,,最终形成Z型SPS传感结构,实现了全光纤MZI。设计并制作了一种新型的可搭载光纤的液体流量控制器,将光纤传感部分置于流量控制器中,通过改变Na Cl溶液的浓度改变折射率环境,观察记录光谱变化?从1.339-1.347的折射率范围内进行了测试,其折射率灵敏度超过169.63 nm/RIU?(2)本文设计并制作了一种SMF-Compound Clearance-PCF-SMF(SCPS)型光纤湿度传感器,利用空气腔和光纤匹配液构成的复合间隙充当分束器,错位熔接的PCF与单模光纤充当耦合器,在PCF外涂覆聚乙烯醇作为湿度敏感部分,在该结构的传输过程中形成了MZI?利用自制的气室在30%-80%的相对湿度范围内对其进行了湿度灵敏度测试,湿度灵敏度为330um/%?本文所设计的两种传感器结构布局安排的有理可依,具有体小质量轻,抗恶劣环境能力强,稳定性好,灵敏度高等特点,在工业生产,医疗制药等行业具备一定的实用价值?
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