基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器

为了实现高灵敏度液体折射率传感器的高效制备,采用飞秒激光直写技术,在光纤末端刻蚀出矩形凹槽,辅以光纤熔接方法,制备出一种基于光纤内双开口法布里-珀罗(F-P)干涉腔的折射率传感器。该传感器的液体折射率传感灵敏度达到1107.76nm/RIU。讨论了温度对该传感器性能的影响,温度串扰小于0.0025nm/℃;基于海水含盐浓度与折射率的线性关系,探讨了该传感器在海水含盐浓度传感测量方面的应用,灵敏度为0.171nm/(mgmL-1)。结果表明,基于光纤内双开口F-P干涉腔的折射率传感器具有干涉谱对比度高、线性响应良好、灵敏度高、不易受温度串扰、结构紧凑、制备简单高效等优点,在生物、医疗、化学、环境等领域中有着广泛的应用前景。     

飞秒激光制备光纤微孔传感器

为了实现高精度、低成本的液体折射率测量,采用飞秒激光水辅助微加工技术,制备出一种基于微孔结构的单模光纤液体折射率传感器.研究了传感器的传输损耗与孔内液体折射率及微孔长度的关系,利用射线理论分析了传感的机理,讨论了温度对传感器性能的影响.结果表明,该传感器在折射率1.333～1.413区间具有良好的线性响应,灵敏度达到157.48dB/RIU,且不易受温度串扰.该传感器具有结构紧凑、制备简单、高灵敏度、温度不敏感和低成本等优点,在生物化学测量领域中有着广泛的应用前景.     

海水盐度光学检测技术研究进展

在一定温度条件下,海水的盐度与其折射率之间存在线性对应的关系,因此通过测量海水折射率可以推算出其盐度.详细介绍了几种利用光学方法测量液体折射率,从而间接检测海水盐度的技术,主要包括光纤光栅传感检测法、表面等离子波检测技术和利用几何光路折变计算折射率的检测技术,重点分析了各种方案的传感器结构、工作原理、影响测量精确度的因素,以及在实际应用中存在的问题,最后对光学技术在海水盐度实时检测中的可行性进行了展望.     

光纤Michelson干涉仪型折射率和温度同时测量传感器

基于Michelson干涉仪原理,制作了一种可同时测量折射率和温度的全光纤传感器。传感器由单模光纤和一段长度为5mm的细芯光纤错位熔接而成。对该传感器的折射率和温度响应特性进行理论分析,并在折射率和温度的变化范围分别为1.333 3~1.404 9和20~90℃的环境中对传感器的响应特性进行实验研究,结果表明,随着环境折射率的变化,该传感器输出光谱峰值功率的响应灵敏度为-41.10dB/RIU,而光谱峰值波长对折射率变化不敏感;随着环境温度的变化,该传感器输出光谱峰值波长的响应灵敏度为23.15pm/℃,而光谱峰值功率对温度变化不敏感。因此,通过同时监测传感器输出光谱的功率变化和波长漂移量,可实现折射率和温度的同时测量。该传感器制作简单,测量精度高,在生物医学领域有较好的应用前景。     

一种用于海洋温度快速测量的光纤法布里-珀罗温度传感器

为满足海水温度高精度快速测量的需求,提出了一种基于光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的温度传感方案。该传感器由硅片和光纤尾纤组成,硅片作为光纤F-P传感器F-P腔的腔体,利用硅的热光效应和热膨胀效应实现温度的传感。采用基于二分法的交叉相关快速解调算法对光纤F-P传感器进行高精度的快速解调。对制作的光纤F-P温度传感器进行测试,结果表明:该传感器可达到0.15℃的温度测量精度,可分辨0.001℃的温度变化,温度响应时间可达到128ms。该传感器有望在投弃式测量领域得到应用。     

一种基于菲涅耳原理的光纤盐度测量方法

为了测量不同盐度条件下的海水折射率的变化,进而得到海水的盐度,提出了一种应用菲涅耳定理设计的光纤盐度测量方法。介绍了测量原理和初步的实验结果。该方法简单、快速、准确度及灵敏度高。结果表明,此方法在测量盐度时分辨率好于0.4%,可应用于海水盐度的实时监测等场合;理论上可以测量任何气体、液体和固体的浓度(折射率),适用于工业在线监测物质的浓度(折射率)。     

基于侧边抛磨光纤光栅双反射峰的折射率传感器

介绍了一种利用具有双布拉格反射峰效应的侧边抛磨光纤光栅(SPFBG)进行折射率测量的新型光纤折射率传感器.该传感器基于由轮式侧边抛磨法加工而成的侧边抛磨光纤光栅,通过将折射率液覆盖一部分抛磨区的方法在一根光纤光栅上获得两个布拉格反射峰.这两个布拉格反射峰差值与覆盖材料折射率有关,而与光纤光栅所受应力与环境温度无关,因此用这两个布拉格反射峰差值作为测量量对折射率测量,可减小应力与环境温度的影响,实现高精度的折射率传感测量.实验表明,当维持环境温度恒定时,光纤光栅轴向应变在线性变化范围内,该传感器测量折射率时不受应力与温度变化的影响.折射率液在1.4298～1.4479范围内,该传感器的折射率测量分辨率为0.0001.     

基于空心光纤多模干涉的折射率传感器研究

基于空心光纤(HF)多模干涉原理提出一种新颖光纤折射率传感器,实现了对环境溶液折射率的测量。这种光纤折射率传感器不仅制作简单、成本低廉,而且为波长编码、抗干扰性好。实验表明,这种光纤折射率传感器其有效传感范围为1.333～1.450,并且当溶液折射率小于1.40时,特征波长与折射率近似呈线性关系,灵敏度为88.07 nm。针对相同折射率不同溶质的溶液,传感器出射光谱能量差异表明,该结构的光纤传感器在物质检测方面有着潜在的应用。     

基于遮光效应的海水折射率测量实验研究

光束穿过液体时会在其与空气的界面处发生全反射产生遮光效应,形成圆状的遮光图样,其半径与液体折射率相关。依据遮光效应原理,以氦氖激光器为光源,搭建海水折射率测量实验装置,改进了定标方法并利用高分辨率的单反相机采集海水的遮光效应图样。通过MATLAB编程对遮光图样进行数字图像处理反演海水的折射率,实验中还测量了不同温度下海水的折射率,得到海水折射率与温度变化基本呈线性关系。研究结果表明,本实验方法易于实现,重复性好,测量精度较高,应用于海水折射率测量是可行的。     

基于多模态双偏置光纤的折射率传感机理研究

提出了一种基于双偏置结构光纤马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)的超高灵敏度折射率传感器,理论分析了偏置型MZI的干涉机理。通过光束传播法(beam propagation method, BPM)模拟分析了多模态偏置光纤的折射率传感特性、以及在不同偏置长度和折射率范围内折射率灵敏度的变化,对比了单偏置与双偏置的传感特性。仿真结果表明,在折射率为1.333 0—1.334 0的范围内,单偏置MZI的折射率灵敏度为-5 557 nm/RIU,而双偏置MZI的折射率灵敏度为-14 071 nm/RIU,该结果为实现高灵敏度液体折射率测量提供了重要理论依据。该传感器结构紧凑,整体长度只有1 200μm,在液体折射率测量领域具有重要的应用价值。     

基于单模异芯光纤结构的液位传感器

提出了一种新颖的光纤液位传感器。在普通单模光纤(SMF)中间熔接一段细芯单模光纤(TCSMF),构成共轴光纤马赫曾德尔干涉仪(MZI)。液位的变化引起包层模与芯模的相位差发生改变,从而导致干涉仪的透射光谱发生改变。对传感器的工作原理和测量灵敏度及精度进行了理论分析,实验结果显示透射光谱中特征峰波长漂移量跟液位变化量呈较好的线性关系,且灵敏度随待测液体折射率的增大而增高,与理论分析结果相一致。测量得到纯水和饱和氯化钠溶液的测量灵敏度分别为0.160 nm/mm和0.228 nm/mm。该传感器采用全光纤结构,制备简单、测量精度高,可适用于折射率低于光纤包层折射率液体的高精度液位测量。     

细芯锥形光纤构成的温度与折射率同时测量传感器

在工程实际中,具有多参量同时测量功能的光纤传感器有很大的市场需求。为了实现多参量的同时测量,提出了一种“单模—无芯—细芯—无芯—单模”光纤熔接与拉锥的马赫-泽德尔干涉仪传感器。细芯光纤作为传感器的主要传感元件,利用多功能光纤熔接拉锥机对细芯光纤进行了精准拉锥,提高了传感器对环境温度与折射率的敏感度。研究了传感器对环境温度与折射率的传感特性,利用传感器透射谱中2个谐振峰波谷的温度和折射率灵敏度,构建测量矩阵,消除了交叉敏感,完成了温度与折射率的同时测量。实验结果表明：传感器透射谱谐振峰波谷的中心波长随温度变化、折射率变化均有很好的线性关系,最大温度灵敏度达到33.63 pm/℃,最大折射率灵敏度为-135 nm/RIU。该传感器尺寸小、集成度高、结构简单、制作容易、灵敏度高,在工业、国防、民用等领域有一定的应用价值。     

基于光学频率梳光谱干涉实现水的群折射率测量

基于光学频率梳的光谱干涉,本文提出了一种水的群折射率的测量方法,可以高精度地测量水的群折射率;分析了水的群折射率的测量原理;搭建了基于518 nm光学频率梳的实验装置,进行了群折射率的测量实验;实验结果表明,本文提出的测量方法可以实现水的群折射率的高精度测量;与参考值比对的结果表明,测量不确定度在10-5量级。     

基于光纤位移测量的透明液体折射率测量方法

本文提出了一种基于光纤位移测量的液体折射率测量方法。首先,采用激光干涉法设计了 液体折射率测量的光学系统,并基于激光散斑消除理论,设计了针孔滤波器合理消除散斑, 提高了系统的抗干扰能力;其次,对测量系统中的位移测量方法进行分析和研究,提出了 一种光纤式位移测量方法,并设计应用反射式光纤位移传感器,取消传统的条纹计数,实 现了位移的高精度测量,其测量分辨力可达微米级;再次,采用机械位移驱动系统,驱动 光学系统元件移动来实现光程差的自动变化,其驱动分辨力可达纳米级;最后,搭建液体 折射率总体测量演示验证系统,以纯水、溶液为实验对象,其所需待测样品的容量少 于0.001ml。实验结果表明:纯水折射率 的测量精度可达1.5×10－3, 溶液折射率测量精度可达2.1×10－3,表明该测量方法可实现液体折射率的非接触、高精度 、智能测量。     

飞秒激光制备光纤U形微结构应用于折射率传感

为了实现低成本、高精度的折射率测量,采用飞秒激光微加工技术,制备出基于U形微结构的多模光纤液体折射率传感器。研究了传感器的通光功率变化值与U形槽深度以及U形槽内液体折射率的关系,同时探究了在相同光损耗情况下不同烧蚀长度对灵敏度的影响,并使用射线理论和模式理论对传感机理进行了分析。结果表明,该传感器在折射率1.3331~1.3731范围内具有良好的线性响应,且可以做到5700μW/RIU的灵敏度;同时在10dB损耗情况下20μm烧蚀长度具有较好的灵敏度。该传感器具有结构简单、容易制备、灵敏度高和低成本等优点,在化学、生物、医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。     

提高光纤光栅传感器测量精度的研究

在实际应用中,光纤光栅传感器的测量精度受到噪声,成本等因素的制约。为了实现低成本的高精度光纤光栅传感器系统,提出了对光纤光栅反射谱采用自适应阈值小波消噪和B多节点样条拟合插值算法的处理技术,并通过实验和仿真得出自适应阈值小波消噪,有效提高了系统的信噪比,在相同采样精度下拟合插值处理前波长检测的误差为0.01nm,处理后误差为0.0017nm,误差降低了一个数量级。实验结果证明该方法不但可以有效降低噪声带来的读取误差,而且提高了测量Bragg波长漂移量的分辨率,从而实现高精度地测量温度、应变等外界参量。     

应用于海水盐度测量的单模异芯结构光纤折射率传感器

提出了一种应用于海水盐度测量的单模异芯结构的光纤折射率传感器。在两段普通单模光纤(SMF28)之间熔接一段细芯单模光纤(TCSMF),构成全光纤Mach-Zehnder干涉仪(MZI)。以0-40‰NaCl溶液作为测试溶液,测量宽带光源经MZI后的透射光谱,应用特征峰波长和光谱差分积分两种方法进行解调,特征峰波长漂移量和光谱差分积分值均与NaCl浓度呈较好的线性关系。采用光谱差分积分法对全波段透射光谱强度进行解调,累积因折射率不同引起的透射谱差异,理论上可获得的盐水浓度分辨率为9.17×10-4‰,较之波长解调法提高了近3个数量级。本文的折射率传感器具有结构简单、机械强度好、测量灵敏度高和对温度不敏感等优点,可应用于海水盐度测量。     

光纤SPR传感器参数对折射率测量灵敏度的影响

为了研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器参数对折射率测量灵敏度的影响，采用双频激光外差干涉相位测量光路结合光纤型SPR传感器进行了折射率测量，并对光纤SPR传感器不同纤芯直径对传感器灵敏度影响进行了分析。在光纤SPR传感器适应的折射率范围内，分别使用纤芯直径为300μm的光纤和400μm的光纤，测量不同质量分数下的甘油、蔗糖、氯化钠溶液的相位差，并计算对应折射率；分析了在传感器适用的折射率范围内，各溶液质量分数与折射率之间的关系，并对理论结果进行了实验验证。结果表明，纤芯直径越小，传感器灵敏度越高，灵敏度可达10^-5量级；密度越高，测量中的稳定性越高，最大相位差标准差为0.145°;分子量越大，精度越高，蔗糖的测量计算值与阿贝折射仪标定值之间的差值最大为0.52×10^-4。该研究为光纤SPR传感技术的进一步研究及应用提供了较好基础。     

多芯光纤构成的温度与折射率同时测量的光纤传感器

本文设计了一种“单模光纤－多模光纤－多芯光纤－多模光纤－单模光纤”的全光 纤 Mach-Zehnder干涉仪结构。在该结构中多模光纤充当耦合器,不同模式的光在多芯光纤中 传输时将 产生光程差,形成Mach-Zehnder干涉。当环境温度和折射率变化时,通过分析干涉仪透射 光谱中不 同谐振峰的漂移量,实现折射率与温度的测量。实验结果表明,传感器低温灵敏度最高达到 46.0 pm/℃, 高温灵敏度最高达到109.0 pm/℃,折射率灵敏度最高达到54.3 nm/RIU(RIU为折射率单位)。另外, 通过同时监测传感器透射谱的两个谐振峰值波长随环境温度和折射率的漂移情况,实现了环 境温度 与折射率的同时测量,不存在交叉敏感。该传感器结构简单、制作容易、重复性好、响应稳 定、具 有多路复用功能,在传感领域有广泛的应用前景。     

高精度光学玻璃折射率测试仪设计

对高精度光学玻璃折射率测试仪的总体设计做了分析,采用抛物面反射镜设计平行光管和自准望远镜。精密转台采用平面轴系。24位增量式编码器的精度达到0.52。以单片机为前台机,系统机为后台机对位敏传感器（PSD）和轴角编码器进行数据采集。采用最小偏向角法和三最小偏向角测量法进行光学玻璃折射率的高精度测量,测量精度可达10^-6。