STMS型光纖液體折射率傳感器的研究.pdf

1、折射率(RI)作為液體最重要的物理參量之一，反應(yīng)了液體的本質(zhì)特征，并且與溫度、濃度、密度、熱力系數(shù)等參量緊密相關(guān)。所以，在物理、化工、生物、醫(yī)療、環(huán)境等領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)實(shí)踐中，液體折射率變化的監(jiān)控至關(guān)重要。光纖傳感器因其抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、靈敏度高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小等優(yōu)良特性，可用來(lái)做液體折射率監(jiān)控，近年來(lái)得到了廣泛的研究。
　　光纖液體折射率傳感器利用液體折射率的變化來(lái)調(diào)制傳輸光參量（如強(qiáng)度、相位、波長(zhǎng)

2、等），通過(guò)對(duì)調(diào)制前后光譜的比較，解調(diào)出相應(yīng)的折射率變化情況。近年來(lái)單模-多模-單模（SMS）光纖結(jié)構(gòu)的折射率傳感器得到大量研究。為了提高折射率靈敏度，科研工作者一般對(duì) SMS結(jié)構(gòu)中的多模光纖進(jìn)行微加工，使倏逝波增強(qiáng)并充分接受折射率的調(diào)制。本文基于SMS型光纖結(jié)構(gòu)提出了單模-拉錐多模-單模（STMS）型光纖結(jié)構(gòu)的液體折射率傳感器，有效提高了折射率傳感靈敏度。研究工作由以下幾部分組成：
　　1.通過(guò)對(duì)現(xiàn)有成果研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)研究者一般采用

3、氫氟酸腐蝕、激光加工、火焰熔融拉錐的方法來(lái)加強(qiáng)MMF的倏逝場(chǎng)。但是氫氟酸腐蝕實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，危險(xiǎn)性高；激光加工需要用到昂貴的CO2或飛秒激光器，成本過(guò)高不易于推廣?；鹧婕訜崛廴诶F的方法可以均勻減小MMF纖芯包層直徑，有效增強(qiáng)倏逝場(chǎng)效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易操作，成本較低。故實(shí)驗(yàn)選用火焰加熱熔融拉錐法。
　　2.通過(guò)理論計(jì)算分析了多模干涉和光纖倏逝場(chǎng)效應(yīng)。根據(jù)對(duì)MMF進(jìn)行的大量的拉錐實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出了拉錐長(zhǎng)度和光纖直徑的經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供

4、理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)參考。
　　3.實(shí)驗(yàn)中選取了纖芯包層直徑為62.5/125μm的MMF作為原材料，大大降低了光纖成本。使用拉錐長(zhǎng)度30mm，光纖直徑3.5532μm的拉錐多模光纖來(lái)制作單模-拉錐多模-單模（STMS）光纖結(jié)構(gòu)的折射率傳感器，此結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)倏逝場(chǎng)，對(duì)外界折射率反應(yīng)靈敏。在室溫25℃條件下，將此結(jié)構(gòu)中的拉錐多模光纖伸直并置于騰空狀態(tài)，用液滴包裹拉錐區(qū)域，實(shí)驗(yàn)表明，此結(jié)構(gòu)折射率傳感器在折射率范圍1.3414-1.3586內(nèi)