【摘 要】
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本论文提出基于变径技术的光纤包层型SPR传感器,其中一种变径技术主要是通过CO2激光器在光纤上刻制不同周期、深度、个数的V槽来有效的使纤芯中的光耦合进入包层中,在V槽后2cm包层上镀制金膜,并焊接大芯径多模光纤对光纤包层中的光进行收集传输,构造新型光纤包层SPR传感器,通过改变V槽形态使SPR入射角发生改变,从而可对应变、弯曲进行传感,并且,在阶跃多模光纤上刻制V槽能够调节纤芯区域SPR入射角角度
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本论文提出基于变径技术的光纤包层型SPR传感器,其中一种变径技术主要是通过CO2激光器在光纤上刻制不同周期、深度、个数的V槽来有效的使纤芯中的光耦合进入包层中,在V槽后2cm包层上镀制金膜,并焊接大芯径多模光纤对光纤包层中的光进行收集传输,构造新型光纤包层SPR传感器,通过改变V槽形态使SPR入射角发生改变,从而可对应变、弯曲进行传感,并且,在阶跃多模光纤上刻制V槽能够调节纤芯区域SPR入射角角度,与后2cm处的包层区域构成自身波分复用结构,实现双通道传感;另一种变径技术主要通过电弧熔融技术在同轴双波导上制作微球,通过制作不同微球大小调节共振波长范围,最后实现双通道传感。本论文提出的基于变径技术的光纤包层型SPR传感器将开启SPR领域多物理参量测量的新方向,研究内容如下:（a）制作单模光纤V槽型包层SPR传感器,搭建光纤SPR折射率测试实验平台。研究发现,通过在单模光纤上刻制V槽,能有效的将纤芯中的光耦合进入包层中,通过控制V槽的个数、深度与周期来调节光纤SPR传感器的灵敏度与共振范围,灵敏度为 2896.4nm/RIU。（b）应变传感:提出基于单模光纤V槽型包层SPR的高灵敏度应变传感器。利用光纤V槽受到轴向应变形状发生改变,纤芯耦合至包层中的光模式及光强会发生改变的原理,基于光纤V槽的包层型SPR传感器可实现应变传感,实现应变波长灵敏度为25.92pm/με,应变灵敏度是典型光纤干涉型的13倍甚至更多,应变谷深灵敏度为-4.4×10-4 a.u./με。（c）弯曲传感:（1）提出基于单模光纤V槽型包层SPR的弯曲传感器。利用光纤V槽发生弯曲时形状发生改变,纤芯耦合至包层中的光模式发生改变的原理,基于光纤V槽的包层型SPR传感器可实现弯曲传感,实现弯曲波长灵敏度为0.42nm/m-1。（2）提出基于渐变多模光纤V槽型包层SPR的弯曲传感器,实现弯曲波长灵敏度为1.03nm/m-1。渐变多模光纤V槽型包层SPR传感器的曲率平均灵敏度比单模光纤V槽型包层SPR传感器曲率平均灵敏度高2.45倍。（3）提出基于阶跃多模光纤V槽型包层SPR的弯曲传感器。阶跃多模光纤纤芯直径比单模光纤粗,V槽发生弯曲时,纤芯中模式会发生改变。阶跃多模光纤V槽一边向内凹方向弯曲时（0°弯曲方向）,随着传感探头曲率的增大,SPR共振波长向短波长方向移动,即发生蓝移,波长灵敏度为-5.98nm/m-1;而当V槽一边向外凸方向弯曲时（180°弯曲方向）,随着传感探头曲率的增大,SPR共振波长向长波长方向移动,即发生红移,波长灵敏度为1.32nm/m-1,0°方向弯曲时的波长灵敏度是180°方向弯曲时的4.2倍,并可通过波长的移动方向进行弯曲方向的识别。（d）光纤SPR多通道波分复用技术研究:（1）提出阶跃多模光纤V槽型包层SPR双通道传感器。刻槽区域与包层区域作为两个传感子通道时,在折射率范围为1.333-1.385RIU时,该传感器平均灵敏度分别达2919.83nm/RIU和1630.63nm/RIU。（2）提出微球型包层SPR双通道传感器。同轴双波导侧抛一级与微球包层一级构成两个传感子通道,在折射率范围为1.333-1.405RIU时,该传感器平均灵敏度分别达981.56nm/RIU和4138nm/RIU。综上所述,本论文提出的V槽型包层SPR传感器,利用V槽将纤芯中的光耦合进入包层,实现通过调节V槽个数、V槽深度与V槽周期来调节灵敏度与共振波长范围;提出将SPR传感技术与应变传感结合,开启SPR领域多物理测量新方向;提出在各种光纤上刻制V槽,实现弯曲传感,并实现方向识别;提出利用阶跃多模光纤刻制V槽,在刻槽区域与包层区域实现双通道传感;提出利用同轴双波导侧抛一级与微球包层一级构成双通道传感。
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