全光纤Fabry-Perot干涉微腔传感器研究

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光纤传感器因为其抗电磁干扰、柔韧性高、响应快、质量轻等优势始终在传感领域中有着一席之地。本文基于化学腐蚀方法设计制作了两种不同结构的光纤法珀传感器,并对其进行了详细的理论分析,搭建了实验系统进行了折射率和温度的实验测试。本论文的主要工作如下:1、为了解决传统光纤传感器温度串扰的问题,本文设计了一种基于化学腐蚀的闭合腔光纤法珀传感器。基于三光束干涉的原理,分析了空气腔腔长和单模光纤腔腔长对反射谱的影响。利用了快速傅里叶变换,在频域中分析了其对折射率和温度的响应。使用化学腐蚀和光纤熔接工艺制备了该传感器,采用快速傅里叶变换的振幅解调法,避免了波长解调产生的读数误差,结果表明在折射率1.333-1.398范围内,折射率灵敏度为-6.751 a.u./RIU,并且该传感器对温度不敏感。2、针对开放腔结构的光纤法珀传感器复杂的制作工艺,本文提出了一种基于化学腐蚀和光纤熔接工艺制作而成的光纤法珀传感器。使用时域有限差分法分析了不同程度下多模光纤和单模光纤径向错位的电场分布,在双光束干涉的理论基础上分析了不同开放腔腔长对反射谱的影响,分析了该传感器的反射谱随折射率的变化情况。实验结果表明,该传感器在折射率为1.333-1.364范围内,折射率灵敏度为1384.498 nm/RIU,并且具有较低的折射率-温度交叉灵敏度。3、提出了一种基于游标效应的并联式光纤折射率传感器,该结构利用游标效应,将开放腔的法珀传感器和闭合腔的法珀传感器并联得到,理论仿真得到折射率灵敏度比单个光纤法珀传感器增大了6倍。在折射率1.33-1.35之间,并联后的传感器折射率灵敏度高达6632.29 nm/RIU,该结构大大提高了折射率灵敏度。在传感腔腔长保持不变的情况下,又设计了满足放大倍数为4和5的参考腔腔长,使用耦合器将腔长不同的参考腔传感器与传感腔传感器并联,即可自主选择放大倍数。
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