论文部分内容阅读
近年来,光纤传感技术以其独特的优越性,如抗电磁干扰、体积小、质量轻、耐高温、可多路复用等优点,成为光电领域研究和应用的热点。现在备受关注的“智能电网”和“物联网”就是传感器和通讯、信号处理技术的有机结合。
本论文的工作主要集中在光纤传感器的研制。基于不同的原理制作了两种光纤偏振控制器,并利用弹光效应,在此基础上研制了光纤压力传感器的原型。
获得如下进展:
(1)利用特殊的低折射率液晶作为光纤包层,用电场调控液晶从而控制不同偏振光的透射特性。正常情况下,由于满足全内反射条件,光都局域在光纤芯层传播:但对于腐蚀到接近芯层区域的光纤而言,其包层区域存在消逝场。因此,可利用液晶包层来调制这部分光场。文中所使用的低折射率液晶ne大于光纤芯层折射率,no小于光纤芯层折射率。在无电场的状态下,不同偏振态的光感受到的都是no,满足全内反射条件,光能够正常传播;加场后,液晶分子的排列发生改变,x偏振光仍感受到no,而y偏振光感受到的则是ne,对于y偏振光而言,全内反射条件被打破,因此发生衰减,此时的光纤就类似于一个x方向的偏振器。因此,该液晶包层光纤不加场时是正常光纤,而加场后就变为一个x偏振器,透射的x和y偏振光的对比度达到39.1 dB,足以探测光纤中细微的偏振态变化。在单模光纤侧面加压,基于弹光效应光纤中的光偏振态即发生变化进而在透射光强的变化上得以体现。该压力传感器灵敏度达到0.25 rad/N,据此可计算出1550nm通讯波长下光纤的弹光系数。
(2)利用聚焦离子束技术在光纤端面制作了周期为200nm的金属线栅,基于微纳金属线栅的偏振选择特性制作光纤偏振器。入射线栅的TE光被反射,而TM光则发生透射,不同偏振态的光透反特性不同,因此既是透射型,也是反射型的光偏振器。同样,基于弹光效应,进行压力传感实验:在静态传感实验中,其表现和液晶包层光纤类似;同时,利用结构的反射型偏振特性,在不引入任何复杂的自由空间元件的情况下即可实现外差分析,提高了传感器的精度和稳定性,这是该技术的一大显著优势;另一方面,动态传感实验中,该传感器也效果明显,输出信号和外部振动信号同步同趋势变化。
总之,在光纤传感器的设计和制作方面,进行了一些有益的探索。如何提高传感器的稳定性和重复性,投入实际使用,并基于液晶和微纳线栅技术研制其他传感器,仍有很多工作需要我们不断努力。