一种熔融拉锥型折射率和温度传感器

该文设计并制作了一种基于熔融拉锥技术的温度和折射率传感器。该结构是将一段单模光纤(SMF)两端级联无芯光纤(NCF),并通过火焰熔融拉锥技术把中间的单模光纤进行拉锥处理,从而构成了马赫曾德尔光纤干涉仪(MZI),两个无芯光纤分别充当分束器和耦合器。实验研究了该传感器对于温度和折射率的光谱响应特性,研究表明,当温度升高时,透射光谱出现红移现象,其响应灵敏度为43.96 pm/℃,线性度为0.990 5。当传感结构置于折射率1.341 6~1.382 32的蔗糖溶液中时,透射光谱强度随着折射率的增加而变大,其响应灵敏度为36668 dB/RIU,线性度为0.989。     

基于宽带光源的光纤SPR特性的仿真及实验分析

利用Matlab对光纤表面等离子共振(SPR)传感器进行仿真,得知选用纤芯直径为400 μm或600μm的石英光纤作为SPR传感器具有良好的折射率检测特性.实验选用宽带光源作为入射光,在波长550～800 nm范围内,应用Matlab仿真分析了不同折射率样品的共振波长与透射率的关系,与实验数据对比表明,仿真结果与实验结果相一致.     

基于锥形光纤和球形结构的双参量光纤传感器

本文设计了一款球-细芯-球结构的双参量光纤 传感器,再通过光纤拉锥,对光纤传感 器的折射率和轴向应变特性进行了前后对比,通过实验和理论分析可知,双球结构之间的细芯拉 锥后,对传感器的应变和锥部区域的折射率灵敏度影响较大。该实验结构简单,制作方便, 易于重复。该结构制作的双参量光纤传感器在拉锥后,锥部区域的折射率灵敏度比拉锥前提 高了两倍以上,达到50.53 nm/RIU,而轴向应变灵敏度也比拉锥前提 高了两倍左右,可达到 2.908 pm/με,实验结果基本符合理论推导。     

基于微管腔的光纤激光盐度传感研究

基于光学无源方案的光纤盐度传感器中光与物质的相互作用长度受限,且通常需要 单独的流体通道设计,增加了检测复杂度,为此提出了一种基于薄壁微管腔和环腔结构的 光纤激光盐度传感器。将薄壁微管腔作为盐度敏感单元和光滤波器,与掺铒光纤相接构成 光纤环形谐振腔。通过拉锥光纤耦合在薄壁微管腔激发出回音壁谐振模,其中心波长与盐 度线性对应,实现薄壁微管腔内溶液盐度的传感测量。与无增益的微管腔透射谱相比,激 光可以提供具有更高信噪比和更窄线宽的传感信号。实验结果表明,在0‰—45‰盐度范围 内,提出的光纤激光盐度传感器的传 感灵敏度为36.5 pm/‰,线性 度达到0.999,盐度测 量误差小于±0.751‰,最小探测极限为0.485‰,且不需要额外的流体测量通道,有望成为海洋盐度探测的 有力工具。     

单芯光子晶体光纤边孔SPR折射率传感特性研究

为了实现高灵敏的表面等离子体共振（SPR）折射率传感,提出一种基于大纤芯的单芯光子晶体光纤SPR传感结构,采用全矢量有限元方法对其传感特性进行了数值仿真和分析。结果表明,该结构具有比较宽的折射率传感范围（1.36~1.55）,同时具有较高的传感灵敏度,平均传感灵敏度达12139nm/RIU;在折射率1.36~1.42区域,线性传感灵敏度为5646.4nm/RIU,线性度为0.9317;而在折射率1.42~1.57区域,传感灵敏度达到15326.8nm/RIU,线性度为0.98738,传感特性出现明显的线性分段情况。该研究结果为实现高灵敏的光子晶体光纤SPR传感器提供了重要的理论依据。     

基于光纤锥和多模渐变光纤的马赫-曾德尔干涉仪的传感特性研究

提出了一种基于光纤锥和纤芯失配光纤结构的马赫-曾德尔干涉(MZI)传感器。在距离单模光纤(SMF)锥25mm处熔接一段长30mm的多模渐变光纤(GI MMF),形成SMF-光纤锥-SMFGI MMF-SMF结构。其中,光纤锥起到增加包层模能量的作用,GI MMF为传感臂。传感器外界环境温度、折射率及应力的改变都会使传感器的纤芯基模和包层模的光程差发生改变,从而引起传感器干涉谱发生变化,通过监测干涉谱的变化可以实现对外界物理量的测量。实验研究结果表明,当环境溶液温度在30~89℃范围内变化时,传感器的温度灵敏度为78.6pm/℃,线性度为0.997;环境溶液折射率在1.333~1.394变化范围内,传感器的折射率灵敏度为81.48dB/RIU,线性度为0.989;轴向应变在0~933.3με变化范围内,传感器的应变灵敏度为0.33×10-2 dB/με,线性度为0.998。本文传感器可以实现多个物理量的同时区分测量。     

基于Matlab平台的光纤SPR光谱特性研究

为了提高光纤表面等离子共振(SPR)传感器的灵敏度,扩大其检测范围,增加其实际使用价值,通过Matlab软件系统研究各可控参数对SPR光谱特性的影响,研究其对应传感灵敏度和动态范围,并创建了基于Matlab软件的图形化可操作界面。结果表明,随着光入射角度的增加,光纤SPR光谱的动态范围向短波长方向移动,其传感灵敏度降低,但是检测范围扩大;随着传感探针所镀金膜的厚度增加,光纤SPR光谱的动态范围向长波长方向移动,其传感灵敏度增加;随着光纤折射率的增加光纤SPR光谱的动态范围向短波长方向移动,其传感灵敏度降低,但是检测范围扩大。且采用不同的金属膜和不同折射率的光纤,光纤SPR光谱的动态范围和灵敏度也会发生变化。此外,还研究了分布式光纤SPR传感器的传感原理,并给出详细的研究数据进行论证,研究结果表明,多通道光纤SPR传感器的传感规律和单通道相同,且灵敏度并没有随着通道数量的增加而降低。     

基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器

光纤型表面等离子体共振(SPR)传感器波长通常处于可见光波段,为使该类器件工作在光通信窗口,提出一种基于光栅结构的波长可控型海水折射率传感器,传感器传感区域由镀有光栅结构的侧边抛磨光纤构成.研究了传感区域横截面的电场强度分布、光栅不同结构参数与SPR传感器波长的关系以及在海水折射率范围内随着折射率变化共振波长的变化趋势...     

光纤－电容液滴分析技术用于水的盐度检测

基于光纤－电容液滴分析方法的原理,分析了光 纤信号与水中盐度的关系,研究了盐 度检测的可行性。利用菲涅耳公式推导了光纤信号与水中折射率的关系式,并由水中的盐度 与折射率的关系及对应的数据表,计算了盐度变化引起的光纤信号的变化情况。搭建了实验 装置,对20种不同盐度的溶液进行了实验,得到了20种溶液的光纤液滴指纹图及基于体积的 液滴指纹图。分析结果表明,随着水中盐度的增加,光纤信号值不断增大。利用4滴完整液 滴的光纤信号平均值分别建立了线性和二次多项式的盐度检测模型,通过比较两种模型的误 差,得出线性模型检测误差较小、效果较好,最大检测误差为0.37％ 。     

基于拉锥单模-多模-单模光纤结构的高灵敏折射率传感器

文章介绍基于拉锥单模-多模-单模(SMS)光纤结构的模间干涉仪,当拉伸长度为35mm时形成自由光谱区(FSR)为1.3nm的干涉透射谱,消光比达到10dB。此时拉锥多模光纤的腰椎平坦区直径约为3.85μm,具有较强的倏逝场,可用作高灵敏折射率传感器。实验证明,此拉锥SMS结构在折射率范围1.35-1.36内的灵敏度高达771nm/RIU,能精密监测溶液溶质扩散现象。     

波长检测型表面等离子体共振传感器的实验研究

介绍了表面等离子体共振(SPR)传感器的工作原理,设计了一套基于波长检测型Kretschmann结构的SPR传感测试系统。通过固定入射光角度,以波长为变量,测定了10种不同浓度的乙醇水溶液折射率与共振波长之间的对应关系。实验结果表明,共振波长随着样品折射率的增大而逐渐向长波长方向偏移,且两者之间呈现良好的线性关系。通过对共振光谱的分析,实现对未知溶液折射率或者浓度的测定。整个传感器系统具有结构紧凑、操作简单、实时检测和测量准确等优点。     

面向海上溢油的SPR原理折射率检测实验系统

为有效地预防、控制海上溢油事件对经济和海洋生态环境造成的严重影响,针对不易被早期发现的小面积溢油,结合表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）传感技术的实时性、灵敏度高、样品消耗少等特点,提出了一种新颖的小型海上溢油监测系统。具体而言,根据所采用的非扫描角度调制模式下的四层Kretschmann型棱镜耦合传感结构和原油样品折射率变化范围,通过MATLAB仿真确定传感装置中各元件最优参数和相对固定位置,得到理论检测灵敏度为6.09410-5 RIU。依仿真结果搭建实验装置,对蔗糖溶液和原油样品进行了实验分析。实验表明:蔗糖溶液检测灵敏度与理论仿真灵敏度同数量级,达到9.01710-5 RIU,证实实验装置有效,原油检测结果符合SPR响应趋势,验证了该系统方案的可行性。     

用于表面等离子体共振的加窗傅里叶变换法信号处理方法

提出了一种采用加窗傅里叶变换的新型信号处理方法，用于提取基于白光光谱干涉相位型表面等离子体共振系统中的相位信息。首先，详尽阐述了这种提取相位信息算法的基本原理；其次，分析了算法中影响精度的几项主要参数，如窗口宽度、采样频率、阈值等，分析表明，只有选取恰当的参数才能得到理想的探测精度；最后，根据实际算取的光谱相位差值得出实际探测精度为3.89410-7 RIU（折射率单位）。与之相对应的理论探测精度为3.90510-7 RIU。理论精度和实验精度误差为0.28%。可以看出，这种算法具有很高的精度。另外，这种算法还具有简单、易与其他数值分析方法结合的优点。     

基于表面等离子体共振的高灵敏度光纤微流控芯片

设计了一种可嵌入基于表面等离子体共振(SPR)光纤传感器的微流控芯片,可用于溶液浓度的测量。采用具有良好化学惰性的有机聚合材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为芯片主体的制作材料,在芯片中微流控通道内采用镀有60 nm金膜的多模光纤-光子晶体光纤-多模光纤(MMF-PCF-MMF)传感结构来激发SPR效应。当注入微流体通道的溶液浓度发生变化时,由于光纤传感部分外部折射率的变化引起SPR谐振谷移动,故该芯片可用于测量溶液浓度。本芯片微流控通道直径为0.2 mm,最高检测灵敏度可达8240.6 nm/RIU,具有便于实时测量、高灵敏度、高可靠性、溶液用量少等特点。     

基于对称平板波导型SPR液体折射率传感特性

表面等离子体共振(SPR)技术在外界环境折射率测量上有着广泛应用.设计了一种对称平板波导结构,利用时域有限差分法对波导结构中SPR效应与外界环境折射率的关系进行数值模拟,对金属材料选择以及传感区域长度进行了优化,并研究了不同阶次的模式对传感器灵敏度的影响.仿真结果表明:当外界环境折射率为1.38时,相较于基模条件下41...     

表面等离子体共振海上溢油预警实验装置设计

为了实现对早期、小规模溢油检测及预警, 采用对外界介质折射率微小变化敏感的表面等离子体共振传感技术, 设计搭建了一套小型溢油检测实验装置, 创建了一个基于表面等离子体共振设计的GUI界面用于选取传感参量, 并通过C++编译了一套具有数据采集、存储、处理以及显示功能的软件用于数据处理以及提前预警, 进行了理论分析和实验验证, 取得了折射率为1.4451, 1.4774, 1.5299的原油样品的表面等离子体共振响应数据。结果表明, 实验数据与仿真结果相符, 该装置可用于海上溢油检测实验研究, 其软件设计满足预警需求。这一结果对海上溢油检测是有帮助的。     

表面等离子体波成像传感器的实验研究

基于表面等离子体激元共振光强调制传感器原理与高分辨率显微成像系统的优势,介绍了一种结构简单而且成本较低的高灵敏度新型表面等离子体波成像折射率传感器,具有高灵敏度、免标记和高通量等优点,可以应用于生物、环境监测等领域.利用自行研制的SPRI光路系统开展了不同折射率的蔗糖溶液的单通道成像检测实验,获得了反射光强与待测溶液折射率的关系曲线.分析了影响实验灵敏度的几个主要因素,为系统改进提供了依据.实验结果表明:在最佳角度下,该传感器实验系统的检测精度达到了3.6×10-4 RIU.为实现小型化、高通量、多通道检测的SPR生化技术的发展奠定了基础.     

基于SWCNTs薄膜的多谐振环太赫兹超表面传感特性

基于单壁碳纳米管(SWCNTs)薄膜,构建了一种具有多频窄带共振效应的新型太赫兹(THz)超表面。深入分析了周期性微结构单元参数对超表面的共振特性的影响;通过仿真及理论计算对器件的共振耦合机理进行研究,二者具有较好的一致性。通过在超表面覆盖不同折射率的介质层,分析这种THz超表面器件的折射率传感特性,灵敏度分析结果显示,该超表面器件可实现最高64 GHz/RIU的折射率传感。     

准分布式光纤表面等离子体波传感器

研究了一种基于波分复用原理的准分布式光纤表面等离子体波传感器。应用光波导理论和多层膜反射理论分析了表面等离子体波效应在同一光纤探头中连续被激励的原理及其传感模型。通过数值模拟和相应实验分别考察了蒸镀调制层对表面等离子体波共振(SPR)效果的影响,并在此基础上给出了设计的一般步骤和原则。实验结果表明,蒸镀不同厚度的Ta2O5薄膜将导致表面等离子体波共振光谱发生偏移,且随着膜厚增加而逐渐发生红移;当液体折射率n0处于1.333~1.388之间时,蒸镀有Ta2O5薄膜的光纤表面等离子体波传感器波长灵敏度达到2235 nm/RIU(Refractive Index Unit);通过在一支光纤探头上依次加工两个表面等离子体波传感区域,实现了对光波信号的连续调制。