全光纤马赫-曾德尔干涉仪传感器的研究

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随着光电技术产业的快速发展,光纤传感器的发展及应用也得到了快速提升。光纤传感器较传统电传感器有着明显的优势,光纤传感器抗电磁干扰、电气绝缘、耐腐蚀,损耗低、体积小、精度高等优点,已经在石油工业、航空工业、日常生活应用等领域逐渐取代传统的电传感器。光纤传感器以马赫-曾德尔干涉仪原理制备的光纤传感器最为常见。本文主要利用飞秒激光微加工、多功能拉锥熔融机拉锥、多种光纤拼接等方法制备了几款基于马赫-曾德尔干涉仪原理的新型光纤传感器,并对传感器的传感特性进行了研究。主要研究内容包括:1、首先简述了光纤传感器的发展,对光纤传感器发展进程进行了简单介绍。其次简述了光纤传感器的分类,以及由马赫-曾德尔干涉仪构成的光纤传感器的基本结构类型和具体应用。概述了马赫-曾德尔干涉仪型光纤传感器的国内外研究现状,对比了国内外的研究成果,找出了不足与改进方向。最后利用马赫-曾德尔干涉仪原理制备了三款新型光纤传感器,介绍了每种传感器的测量方法和传感原理,主要对温度和折射率这两个物理量进行了测量。2、利用飞秒激光微加工技术与光纤熔接技术制备了一款测量温度和折射率的高灵敏度光纤传感器。首先将多模光纤与单模光纤正对拼接在一起,然后利用飞秒激光器对多模光纤进行打孔。利用光纤微孔及不同芯径光纤拼接构成一个复杂的马赫-曾德尔干涉仪,利用制备好的干涉仪对光纤高温和折射率参量进行测量。实验测得高温灵敏度达到18.55pm/℃,折射率灵敏度达到-155.2d B/RIU3、利用多功能熔融拉锥机,将普通单模光纤微拉形成一种锥形光纤结构,构成马赫-曾德尔干涉仪。拉锥后锥形体长度约为2mm,腰部最小直径为60μm。对该结构进行环境折射率传感实验,通过实验分析该传感器结构对环境折射率比较敏感,灵敏度达到260.5nm/RIU。4、利用单模-多模-多芯-多模-单模拼接构成一款新型马赫-曾德尔干涉仪光纤传感器。光在单模光纤、多芯光纤和多模光纤中相互耦合形成稳定的透射干涉图谱,利用透射光谱随环境折射率的线性变化进行折射率测量。通过利用Na Cl溶液进行折射率测量,该传感器灵敏度达到4.997d B/RIU。
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