采用化学腐蚀法制备光纤Fabry-Perot应变传感器

提出了一种采用化学腐蚀方法制备光纤Fabry-Perot(F-P)传感器的方法,采用浓度为40%的氢氟酸溶液对单模光纤端面进行腐蚀处理,并通过电弧放电对光纤端面进行熔接,制作光纤F-P传感器。实验中,将单模光纤端面在40%浓度的氢氟酸中腐蚀20 min制作出深度21 μm的凹槽,并将该腐蚀过的光纤和端面切平的单模光纤相对熔接,通过电弧放电进行熔接构成F-P腔结构,条纹对比度为8 dB;对制备的光纤F-P传感器的应变特性及温度特性进行了实验和分析,结果表明采用化学腐蚀法制作的光纤F-P传感器对应变具有良好的灵敏度,加载灵敏度可达到3.78 pm/με,线性度为0.999;卸载灵敏度为-4.25 pm/με,线性度为0.985。     

化学腐蚀法制备的光纤Fabry-Perot位移传感器

提出了一种采用化学腐蚀方法制备光纤Fabry-Perot(F-P)位移传感器的方法。采用浓度为40%的氢氟酸溶液腐蚀处理单模光纤端面,通过电弧放电对光纤端面进行熔接,制作光纤F-P传感器,并通过改变传感腔尾纤的粗糙度对其进行优化。实验中,将制备好的F-P腔结构的尾纤端面做未切平和切平处理,得到的条纹对比度分别为16和8dB。分别对两种情况的光纤F-P传感器的位移特性进行了实验和分析,结果表明:采用化学腐蚀法制作的光纤F-P传感器对位移具有良好的灵敏度和线性拟合优度,尾纤端未切平的F-P的线性拟合优度更好,测量精确度更高,灵敏度可达到0.010 0nm/μm,线性拟合优度为0.999 3。     

采用液体腔的全光纤Fabry-Perot结构温度传感特性研究

提出并设计了一种基于液体腔结构的全光纤Fabry-Perot(F-P)传感器,对F-P传感器原理进行了研究。采用内径为0.3 mm的玻璃毛细管作为套管,将两根SMF-28单模光纤插入套管构成F-P结构,并通过在腔内填充液体进一步提高传感器的灵敏度。实验中,以空气及纯净水作为腔内介质,分别制备了光纤端面距离为119μm和123μm,反射谱周期以及条纹对比度分别为15.15 nm、14.13 nm和11.17 dBm、11.83 dBm。实验中对所制备的两种F-P传感器分别进行了温度特性的测试,在20℃的范围内,每间隔2℃对反射光谱进行采集。对于空气腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷波长漂移量为2.39 nm,温度灵敏度为121 pm/℃,线性度为0.94,最大功率漂移为1.17 dBm;对于液体腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷漂移量为5.31 nm,温度灵敏度为243 pm/℃,线性度为0.98,最大功率漂移量为4.07 dBm。     

基于琼脂薄膜的微型端面光纤F-P湿度传感器

提出了一种基于琼脂薄膜的微型法布里-珀罗(F abry-Perot,F-P)光纤湿度传感器。传感器通过将标准单模光纤插入空 芯玻璃管并在玻璃管端面浸涂琼脂薄膜形成双F-P结构 。当环境相对湿度变化时,琼脂薄膜的体积和 折射率发生改变,从而引起干涉光发生波长偏移。搭建了湿度传感实验系统,对传感器的湿 度传感特性进行了表征,在50%RH—80%RH的相 对湿度范围内实现了高达1.232 nm/%RH的相对湿度测量灵敏度。该传感器尺寸紧凑、成本低、具有较好的线 性 灵敏度,且制备方式简单。     

超薄熔石英玻璃的CO2激光热熔焊接工艺

利用小功率40kHz的CO2脉冲激光对25μm厚的超薄熔石英玻璃与熔石英毛细管端面进行热熔焊接,研究和分析了占空比(脉冲激光功率)、离焦激光预热、离焦激光退火对熔石英玻璃热熔焊接的影响。结果表明,实现超薄熔石英玻璃与毛细管端面无气化穿孔、密封、牢固焊接的占空比为37%;占空比为20%的+2mm离焦脉冲激光预热对超薄熔石英玻璃无裂纹/裂缝的焊接起到了关键作用;适当占空比的-2mm离焦脉冲激光退火能够释放超薄熔石英玻璃在热熔焊接过程中产生的残余热应力,提高熔石英器件的性能,经激光焊接的光纤法布里-珀罗传感器的压力和温度曲线的线性度分别为0.9995和0.9991,而且重复性好。     

基于飞秒激光制备的光纤Fabry-Perot折射率传感器

在对光纤Fabry-Perot(F-P)传感器多光束干 涉原理仿真分析的基础上,利用波长为800nm的飞秒 激光脉冲在普通单模光纤(SMF)上制备微型传感器,并对其折射率响应性能进行了实验测试 。理论分析表明,在低、高折射率区域,F-P传感器的反射谱对比度随着折射率的增加分别 呈现先降低后增加的趋势(折射率高低分界点1．457)。飞秒激光 的制备方法通过计算机控制腔长等可以进行参数可选择的微型光纤F-P传感器的制作。利用 制备的传感器对一系列不同折 射率的溶液进行了折射率响应测试实验,测试结果表明,传感器反射谱对比度对低折射率物 质(折射率小于 1.457)的灵敏度为27.65dB/RI,对高折射 率 物质(折射率大于1.457)的灵敏度为3.50dB /RI,且均具有良好的线性响应。     

可调谐光纤F-P线性滤波器的设计与分析

光纤滤波器在光纤通信和光纤传感领域发挥着重要的作用。本文基于光学薄膜干涉理论设计了一种用于光纤传感的可调谐F-P线性滤波器,该滤波器由两端面相对的入射光纤与出射光纤构成,两光纤端端面分别镀有反射光纤薄膜。该F-P干涉腔改善了传统F-P腔的透射率响应特性,有助于提高滤波器的线性度和线性范围。本文采用光学薄膜干涉矩阵分析法对该滤波器的透射率响应关系进行了计算与分析,并得出该FP滤波器的结构参数。设计结果表明,这种新型线性滤波器具有线性度好、线性范围宽和线性区间可调的优点。     

超高压力灵敏度的光纤微型F-P腔

基于法布里-珀罗（Fabry-Perot,F-P）腔的干涉原理,提出了一种新型超高压力灵敏度的可压缩光纤微型F-P腔。该压力传感器的FP腔是将单模光纤（Single Mode Fiber,SMF）与石英管熔接后浸入水中在SMF端面处形成的空气泡来构成,其压力灵敏度大于1000nm/kPa。该光纤微型F-P腔在高灵敏度压力测量和水声传感方面有着潜在的的应用价值。     

利用LD自混合干涉的光纤Fabry-Perot传感器

提出了基于半导体激光器(LD)自混合干涉原理的光纤Fabry-Perot(F-P)传感器。采用F-P腔模型推导出了LD输出功率、频率与外部光纤F-P腔长变化的理论关系式,分析讨论了这种传感器的分辨率、测量范围、线性度、灵敏度等特性。实验结果与理论分析基本吻合。与现有的外腔式F-P干涉光纤传感器相比,LD自混合干涉光纤F-P传感器具有结构简单、紧凑、易准直等优点。     

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。     

光纤F-P腔压力传感器在高温油井下的应用研究

针对高温、高压油井的测量环境,设计研制了基于光纤非本征型Fabry-Perot(F-P)腔的波长解调型光纤压力传感器系统.该系统采用激光熔接制作的光纤F-P传感头,具有测量动态范围大、温度敏感性小、耐高温和长期工作稳定等优点,在压强0～30 MPa范围内,系统压力测量分辨率达到0.003 MPa,温度敏感性小于0.002 MPa/℃.光纤传感头采用光纤-厚壁石英管激光熔接的无胶封装方式,解决了高温环境下的传感器高压密封和光纤保护问题.     

CO2 detection with CNx thin films deposited on porous silicon

In recent years, porous silicon (PSi) has attracted a great deal of attention for sensing applications. However, the high reactivity of PSi surfaces causes serious problems of stability. In this work, we developed new thin films that can serve as stabilizer of PSi for CO₂ gas sensors development. PSi surface was coated with carbon nitride (CN_x) film which is one of the most important interfering to stabilize the PSi layer. CN_x film was deposited by pulsed laser ablation. The effect of CO₂ gas on the sensor response was investigated for different polarization voltages. The electrical properties of (Al/CN_x/PSi/Si) structure were modified in the presence of the gas. The device shows a high sensitivity against CO₂ gas. Furthermore, the current variation of the sensor as a function of time has been investigated. The results show that the Al/CN_x/PSi/Si structure becomes stable after the first two weeks.     

准确检测液相中氢气浓度的倾斜光纤光栅传感器

为了实现液相中氢气体积分数的准确检测,该文利用钯、氧化硅超疏水溶胶和倾斜光纤光栅制备了氢气传感器。首先,在倾斜光纤光栅表面采用磁控溅射法涂覆了一层致密的钯膜,用于响应氢气体积分数变化信息;然后,采用镀膜提拉法在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水膜,用于阻止水分子进入钯膜内部,导致钯膜从光纤表面脱落,进而增强了传感器在液相环境下运行的稳定性。实验研究了钯膜厚度对传感器氢敏响应特性的影响,并利用传感器对液相中的氢气体积分数进行了检测。研究结果表明,传感器能准确响应液相中氢气体积分数的变化信息,当钯膜厚度为120 nm时,灵敏度达到-15.29 pm/%,最大相对误差为8.67%。     

基于微椭球空气腔的光纤压力传感器的设计

设计了一种新型的在线光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感器.该传感器的F-P腔为微椭球空气腔,由光纤熔接机以特定的熔接参数熔接单模光纤和实芯光子晶体光纤而成.该传感器基于F-P干涉原理测量压力,全石英结构,制作工艺简单,温度串扰小.分析了封闭的椭球形空气F-P腔中短轴直径(腔长)与长轴半径(敏感膜有效半径)的关系;利用高斯光束传输理论分析了空气F-P腔形状与腔内损耗的关系.分析了SiO2敏感膜受压后中心挠度与膜厚、有效半径的关系.建立了SiO2膜的压力敏感特性模型,在施加均布载荷条件下对模型的挠度形变特性进行了数值解析和有限元仿真.仿真了传感器F-P干涉条纹波谷波长与压力的关系,为设计制作光纤微压传感器提供了理论依据.     

用于测量折射率的光纤迈克尔逊干涉型传感器

提出了一种基于单模光纤-四芯光纤-薄芯光纤(SMF-FCF-TCF)迈克尔逊干涉结构的折射率传感器。采用直接熔接的方式将各光纤进行熔接,由于各光纤之间纤芯的直径不匹配,因此在光纤的熔接处会发生光的激发和耦合。薄芯光纤端面涂覆有一层银面反射膜并用紫外固化胶进行保护来增强光在端面的反射率。四芯光纤作为传感结构中的耦合器,激发了更多的光进入薄芯光纤的包层中,提升了传感器的灵敏度。对传感器的折射率和温度传感特性分别进行了实验探究,实验结果表明,在折射率1.3333~1.3794范围内的灵敏度为137.317 nm/RIU,线性度为0.999,并且温度对传感器的影响较小。该传感结构熔接方式简单,在折射率测量领域具有一定的应用前景。     

纳米氧化钨薄膜改性的大孔硅气敏传感器

通过双槽电化学腐蚀法在P型单晶硅表面制备了大孔硅。然后通过直流对靶反应磁控溅射法在大孔硅表面淀积了纳米氧化钨薄膜。使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察大孔硅和氧化钨/大孔硅样品的形貌。分别使用X射线衍射（XRD）图谱和X射线光电子能谱（XPS）分析氧化钨晶体结构和钨的化合价。在室温下测试大孔硅和氧化钨/大孔硅气敏传感器的气敏特性。结果表明：氧化钨/大孔硅气敏传感器表现出了P型半导体气敏传感器的气敏特性。它对1ppm的二氧化氮显示了良好的恢复特性和重复性。氧化钨/大孔硅气敏传感器的长期稳定性要好于大孔硅气敏传感器。氧化钨的添加提高了大孔硅气敏传感器对二氧化氮的灵敏度。氧化钨/大孔硅气敏传感器对于二氧化氮的灵敏度要高于其对氨气和乙醇的灵敏度。通过淀积纳米氧化钨薄膜,改善了大孔硅对二氧化氮的选择性。