基于化学腐蚀法的光纤传感器件研究

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化学腐蚀法制备光纤传感器件是目前为止最为简单和流行的一种方法,其直接利用具有腐蚀性的溶液(氢氟酸溶液)腐蚀光纤、光纤布拉格光栅及长周期光纤光栅包层直径的方法制成具有特殊性能的光纤传感器件。此方法与其他方法不同之处在于无须曝光。化学腐蚀法改变了光纤或光纤光栅的波导结构,制成的光纤传感器对弯曲、温度、应变及折射率等非常敏感,在光纤通信和传感领域具有较好的应用前景。化学腐蚀法制作的光纤传感器件具有体积小、制作过程简单、可靠、成本低和高灵活等优点,凭其独特的优势已广泛应用在生物化学、微流体研究和医药化学等相关领域,逐渐地成为科学界广泛研究的对象。自光纤传感器应用以来,引起了人们广泛的关注,它有许多其他传感器无法取代的优点,拓宽了光纤技术的应用范围,在光纤传感领域逐渐成为一种具有竞争力的技术。本文主要致力于局部微结构光纤光栅(Local Microstructured Fiber Bragg Grating,LMSFBG)和非本征法布里-帕罗干涉(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer,EFPI)传感器的特性与应用并分别进行了理论和实验的研究,具体工作如下:1)对光纤光栅进行了介绍,简单介绍了光纤光栅的出现和分类。详细的说明了光纤光栅在光纤通信领域和光纤传感领域的应用,并对飞秒激光加工法和化学腐蚀法进行了简单的叙述。2)介绍了LMSFBG和EFPI传感器的理论特性分析,根据这些理论使用Matlab软件对LMSFBG和EFPI进行数值模拟。通过模拟结果分析了影响LMSFBG和EFPI频谱特性的主要因素。3)通过局部腐蚀法研制出LMSFBG,对LMSFBG的温度传感特性进行了实验研究。当温度在20℃~90℃范围内变化时两谐振峰的波长分别向长波方向移动了0.813nm和0.733nm。温度灵敏系数分别为0.01161nm/℃和0.01047nm/℃。4)通过腐蚀多模光纤端面成功地制备出EFPI传感器,对其温度和应变的传感机理进行了理论分析,并设计了一种结构实验研究了EFPI的温度和应变特性。此结构中EFPI作为传感头,使用等腰三角形等强度梁进行应变的测量。在20~100℃的温度范围内,干涉波移动非常小。在0~585με范围内,EFPI传感器的应变灵敏度为0.00436nm/με,线性拟合度为0.999。
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