干涉型光纖傳感關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、干涉型光纖傳感器具有響應(yīng)靈敏度高、超大的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍、抗電磁干擾等特點(diǎn)?；谝陨咸攸c(diǎn)，干涉型光纖傳感器已被廣泛應(yīng)用于石油化工、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，因此干涉型光纖傳感技術(shù)作為傳感領(lǐng)域中最重要的傳感技術(shù)之一備受關(guān)注。本論文主要對(duì)全光纖干涉結(jié)構(gòu)的制作工藝與方法、響應(yīng)增敏技術(shù)以及傳感器信號(hào)解調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)并制作了幾種新型的高靈敏光纖傳感器,并對(duì)傳感器的折射率、溫度、氣體濃度等物理量的響應(yīng)特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)

2、研究。本文主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：（1）設(shè)計(jì)基于單模光纖-多模光纖-單模光纖-錯(cuò)位熔接點(diǎn)-單模光纖結(jié)構(gòu)的Mach-Zehnder干涉儀型傳感器，制作了傳感器樣品，并對(duì)傳感器的折射率響應(yīng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：溶液折射率變化范圍為1.3589-1.3922時(shí)可實(shí)現(xiàn)折射率的檢測(cè)。并且在1.3720-1.3922的折射率變化范圍內(nèi)，傳感器具有很好的線性響應(yīng)，線性響應(yīng)靈敏度為252.06dB/RIU。通過檢測(cè)該傳感器輸出光功率的變化

3、可以解調(diào)出折射率變化的信息。將該傳感器應(yīng)用于傳感系統(tǒng)時(shí)，不需要昂貴的波長(zhǎng)檢測(cè)器件，有效降低了檢測(cè)成本。（2）設(shè)計(jì)并制作了一種基于單模光纖-多模光纖-細(xì)芯光纖-單模光纖的Mach-Zehnder干涉儀型可同時(shí)測(cè)量折射率和溫度的傳感器。通過對(duì)傳感器的輸出光譜進(jìn)行傅里葉變換分析可知，形成傳感器輸出光譜的主要模式為L(zhǎng)P01模和LP16模。該傳感器輸出光譜中1535nm和1545nm附近干涉谷的折射率和溫度響應(yīng)靈敏度的理論值分別為-55.90nm

4、/RIU、0.0501nm/℃和-56.26nm/RIU、0.0505nm/℃。在折射率和溫度變化范圍分別為1.3449-1.3972和20℃-90℃的環(huán)境中對(duì)傳感器的響應(yīng)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：透射光譜中1535nm和1545nm附近干涉谷的折射率和溫度響應(yīng)靈敏度分別為-53.03nm/RIU、0.0465nm/℃和-54.24nm/RIU、0.0542nm/℃。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。（3）干涉型光纖傳感器的輸出光譜是由多個(gè)包

5、層模分別與纖芯模干涉后疊加形成，利用傅里葉變換將起主導(dǎo)作用的包層模與纖芯模所形成的雙光束強(qiáng)度曲線提取出來進(jìn)行環(huán)境折射率檢測(cè)。通過這種方法可以減小由多模干涉效應(yīng)所引起的測(cè)量誤差，提高傳感器測(cè)量精度。（4）設(shè)計(jì)并制作了單模光纖-光纖錐-多模光纖-單模光纖-錯(cuò)位熔接點(diǎn)-單模光纖結(jié)構(gòu)的Mach-Zehnder干涉儀型傳感器。在傳感臂中激發(fā)出兩個(gè)能量較強(qiáng)的包層模，通過傅里葉變換將這兩個(gè)包層模與纖芯模干涉所形成的雙光束強(qiáng)度曲線分別解調(diào)出來，實(shí)現(xiàn)折射