基于多模干涉结构和回音壁模式微腔的光纤传感器研究

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物联网,作为21世纪信息通信技术的代表,它的崛起为传感器领域的发展注入了新鲜活力,但采集信息可靠性和准确性的需求也使得物联网系统对其中传感器性能提出了更严格的要求。光纤传感技术由于具有电绝缘性、可分布式传感设计、稳定性高、抗腐蚀性、抗射频干扰(RFI)和电磁干扰(EMI)等优势,一直以来备受科研工作者们的关注。在物联网技术需求的驱动下,设计研制高性能、可应用化的光纤传感系统成为科研工作者们共同面对的研究目标。本论文的研究工作主要是基于多模干涉结构和回音壁模式微腔结构,制作出多种光纤传感器,应用于温度、电流强度参量传感,并通过设计实验对其工作原理及传感性能进行了验证与研究。本论文的具体内容可以分成以下几个方面:(1)阐述了光纤传感技术的研究背景以及基本原理,通过文献调研对光纤温度传感器及光纤电流传感的研究现状进行分类概述。(2)基于Michelson干涉原理,采用特殊的熔接方式制作出新颖的光纤偏芯结构应用于高温传感,实现了灵敏度最高达115.7 pm/℃的全光纤高温传感器,同时具有结构紧凑、制作成本低廉等优势,并且其传感重复性能表现稳定。(3)利用具有较高热膨胀系数的紫外光固化胶,将其与Fabry-Perot型干涉结构相结合,制作出最高灵敏度为4.33 nm/℃的光纤温度传感器,并得出紫外光固化胶的填充长度与温度灵敏度之间呈正相关,同时该温度传感器的传感性能表现稳定。(4)将回音壁模式(WGM)微腔与焦耳热效应相结合,利用材料的热膨胀效应与热光效应研制出光纤电流传感器,传感灵敏度最高达到了25.5 nm/A~2,并研究了微腔与铜导线尺寸对其传感性能的影响,发现铜导线直径和空芯玻璃管尺寸与电流灵敏度之间呈负相关,同时该传感器比较稳定,具有较高的测量准确性。
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