【摘 要】
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折射率是物质的基本属性之一,可间接地反映物质的许多物化特性。对折射率的精确测量在生物,化学,食品,环境等众多领域中至关重要。光纤折射率传感器由于一些固有的优良特性,是目前折射率传感领域的研究热点。本文对不同类型的光纤折射率传感器进行了调研,并针对薄包层光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）和单模-无芯-单模（Single mode-No core-Single mode,
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折射率是物质的基本属性之一,可间接地反映物质的许多物化特性。对折射率的精确测量在生物,化学,食品,环境等众多领域中至关重要。光纤折射率传感器由于一些固有的优良特性,是目前折射率传感领域的研究热点。本文对不同类型的光纤折射率传感器进行了调研,并针对薄包层光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）和单模-无芯-单模（Single mode-No core-Single mode,SNS）光纤结构折射率传感器进行了深入的研究。主要内容为:首先进行了光纤折射率传感器的综述,结合国内外代表性研究成果,详细阐述了三种类型光纤折射率传感器的原理,结构和传感性能。其中也对不同类型折射率传感器的区别和联系进行了讨论和分析。其次提出并研究了薄包层FBG折射率传感器。从光纤三层结构模型出发,理论上分析了薄包层FBG的布拉格波长在光纤直径减小和在不同环境折射率下的变化情况。实验中,设计并制作了不同的薄包层FBG折射率传感器,通过对折射率样本的测量,实验验证了理论分析的合理性和正确性,同时也对理论和实验中出现的偏差进行了讨论。提出的薄包层FBG折射率传感器具有波长调制,反射式结构,反射带宽窄,便于复用的突出优点。而且相比于腐蚀到纤芯的FBG,有更好的机械强度和稳定性。最后研究了SNS光纤结构折射率传感器。首先研究了该结构的多模干涉及折射率传感原理,然后基于有限差分光束传播法对SNS结构进行了数值模拟分析,利用RSOFT软件,研究了无芯光纤长度、无芯光纤直径、环境折射率对SNS光纤结构的传输光场分布及输出透射谱的影响,为后续实验中结构的设计提供理论依据。在折射率传感实验中,详细介绍了传感器的制作方法,测试得到透射谱中干涉波谷的折射率响应情况,折射率灵敏度和分辨率与模拟结果吻合良好。
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