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。     

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。     

硬塑料包层光纤构成的多功能光纤传感器

全光纤Mach-Zehnder干涉仪可由一段硬塑料包层光纤(HPCF)接入单模光纤(SMF)构成。由该干涉仪可以制造出光纤传感器,能对温度与折射量同时进行测量。在HPCF的透射光下,会让SMF与HPCF产生干涉谱,在外界环境温度和折射率的变化下干涉谱也会发生变化,这样就能测量温度与折射率。通过实验发现：测量温度时传感器的灵敏度为13.3pm·℃^-1,测量折射率的灵敏度为52.56nm·(RIU)^-1。该传感器因其体积小、灵敏度高的特点,能在电噪声环境中发挥重要作用。     

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。     

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。     

基于多芯光纤错位熔接结构的温度与折射率同时测量传感器

提出了一款由输入单模光纤(SMF)-多芯光纤(MCF) -多模光纤(MMF)-输出SMF错位熔接构成的光纤Mach-Zehnder 干涉仪(MZI)结构,实现了环境温度和折射率的同时测量。实验结果表明,随着环境温度的 变化,传感器透射谱峰值波长线性漂移,灵敏度达 到54.238pm/℃,而透射谱峰值强度随温度变化不敏感;随着环境折 射率的变化,传感器透射谱峰值 强度线性变化,灵敏度达到10.704dB/RIU(RIU为折射率单位),而透 射谱峰值波长随环境折射率变 化不敏感。通过同时监测传感器输出光谱的峰值波长漂移量和峰值强度变化量,能够实现温 度与折 射率的同时测量。在温度与折射率测量时分别利用波长调制法与强度调制法,因此它们同时 测量不 存在交叉感染。本文传感器具有结构简单、制作容易和灵敏度高等优点,在生物、化学和医 学等领域有广泛的应用前景。     

基于长周期光纤光栅的折射率传感器

长周期光纤光栅具有制作成本低、无背向反射、结构紧凑等优点,且对外界折射率变化有较高的敏感性,特别适用于折射率传感．简要概括了长周期光纤光栅折射率传感的基本原理,介绍了基于长周期光纤光栅的折射率传感器的研究进展,目前的研究重点集中在克服温度交叉干扰、提高传感精度以及拓宽传感范围的方面,比较了各种方案的优缺点．     

基于单模光纤偏芯结构的光纤折射率传感器研究

基于迈克尔逊(Michelson)干涉仪(MI)原理,结合光纤传感器的特性,设计和实现了一种单模光纤(SMF)偏芯干涉仪结构光纤折射率传感器,并针对蔗糖溶液进行了折射率的测量。实验结果表明:这种传感器的传感范围在1.33～1.39时,特征波长与外界折射率有单调的递减变化关系,蔗糖折射率每变化0.01时,特征波长平均变化约为0.12nm。这种传感器结构简单,灵敏度较高,能够实现液体折射率与浓度变化的在线检测。     

盐度光纤传感器实验数据的MATLAB拟合处理

对光纤盐度传感实验的数据进行了多种方法的拟合处理,计算结果表明:以六次(或稍高次)多项式拟合盐度—光强二参量的关系,能得到较为理想的近似函数, 此函数适合盐度传感系统的设计,文中给出了它的具体表达式。     

腰椎放大细芯光纤传感器实现折射率/温度同时测量的研究

根据马赫-曾德尔干涉(MZI)原理,在两段标准单模光纤(SMF)中间腰椎放大熔接长为2cm 的细芯SMF (TCSMF),构成光纤传感器。利用TCSMF的包层模、纤芯模对折射率和温度的灵敏度差异, 通过检测透 射光谱中不同级次的干涉谷的特征波长变化,结合敏感矩阵实现对折射率/温度的双参数同 时测量。实验选取 在1502.54nm波长处干涉谷的折射率和温度的 灵敏度分别为270.5171nm/RIU(其中RIU为折射率单位)和19.3 pm/℃;在1521.64nm波长处干涉谷的折射率灵 敏度为239.510nm/RIU,对温度不敏感。根据 0.01nm波长分 辨率的光谱仪(OSA),本文光纤传感器对折射率和温度的分辨率分别为3.6966×10－5 RIU 和0.518℃,也可以应用于其他参数的 测量,具有良好的应用和发展前景。     

基于马赫-曾德尔干涉的温度和应变同时测量的光纤传感器研究

提出了一种基于马赫-曾德尔干涉的温度和应变 双参数同时测量的光纤传感器,其结构是在单模光纤(SMF)上分别熔接两 个球形结构并在SMF光纤中间熔接一段细芯光纤(TCSMF)。利用光纤的纤芯 模、包层模对温度、应变的灵 敏度差异,通过检测不同级次的干涉谷的特征波长位移变化,结合敏感矩阵实现了对温度、 应变双参数的 同时测量。实验选取位于波长1545.1nm554.8nm处的干涉谷进行温度和应变的同时测量,测 得两个波谷 的温度灵敏度分别为53.86 pm/℃和47.51pm/ ℃,两个波谷的应变灵敏度分 别为0.75 pm/με和1.39pm/με,并且不 同级次干涉波谷的波长位移量与外界温度和应变具有良好的线性度。     

基于马赫-曾德尔干涉仪的保偏光纤温度传感器研究

根据马赫-曾德尔干涉仪(MZI)原理在两根标准 单模光纤(SMF)中间熔接一段保偏光纤(PMF),通过电弧 放电和熔接推挤形成凹-凸型锥,构成温度光纤传感器。利用PMF的包层模、纤芯模对温度 的灵敏度差异,通 过检测透射光谱中不同干涉谷的波长和强度变化,实现对温度的测量。实验表明,在25~70℃的范围内, 当PMF的长为30mm时,在1533.68nm和1560.92nm时的干涉谷对应的波长灵敏度为0.029 nm/℃和0.040nm/℃,对应的强度灵敏度为0.12dB/℃和0.097dB/℃;当PMF的长度为 40mm时,在1540.54nm和1568.64nm时的干涉谷对 应的波长灵敏度为0.083 nm/℃和0.099nm/℃,强度 灵敏度为0.152 dB/℃和－0.211dB/℃。根据 光谱仪0.01nm和0.01dB的分辨率,对应的波 长和强度分辨率分别为0.100 ℃和0.047℃。     

高灵敏度液封光纤马赫-曾德干涉仪温度传感器

提出一种结构简单且灵敏度高的液体封装结构光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)温度传感器,并对其折射率和温度响应特性进行了理论分析和实验研究。3段单模光纤(SMF)采用锥腰扩大熔接技术顺次熔接构成同轴式光纤MZI,结果表明MZI对环境折射率非常敏感;然后,将MZI封装在充满Cargille液体的毛细管中,结果表明液封后的MZI在测试温度范围内(10~40℃)的灵敏度约150pm/℃,较之封装前提高了1倍,且远高于大多数的光纤光栅和其它光纤干涉仪型温度传感器。本文MZI温度传感器还具有良好的物理强度和易于制备等优点,在环境监测和食品工业等领域具有良好的应用前景。     

环形腔微光纤MZI的海水温/盐度同时测量的设计与模拟

为实现海水中温度和盐度(温/盐度)同时测量,设 计了一种环形腔微光纤Mach-Zehnder干涉仪(MZI)。首先,计算了MZI在不同温/盐度下的 输出光谱,光谱中同时存在谐 振峰和干涉峰,分别由环形腔谐振和MZ干涉引起,由于谐振峰和干涉峰对温/盐度变化的响 应不同,因而 可将其运用于海水的温/盐度同时测量;其次,为了提升MZI的测量灵敏度,计算了灵敏度 与 其结构参数的关系。结果表明,谐振峰的温/盐度灵敏度只与制成环形腔的微光纤直径有关 ,而干涉峰灵敏 度同时与MZI两个微光纤臂的直径和长度相关,当制成环形腔的微光纤臂是MZI两臂中直径 较 小且长度较大的一臂时,能得到较高的测量灵敏度。经过优化后,干涉峰的温/盐度灵 敏度比传统的 光纤光栅分别提升了75倍和约3650倍。本文 设计的MZI具有结构简单、灵敏度高的优点,可为研制新型的海洋微光纤传感器提供参考。     

一种基于马赫-曾德尔干涉仪的折射率和温度同时测量传感器

设计制作了一种基于马赫-曾德干涉结构的传感器用于折射率和温度的同时测量,传感器的结构为单模-多模-细芯-多模-单模。利用RSoft光学仿真软件的BeamPROP模块对传感结构内部光场进行模拟分析,确定了多模光纤(multi-mode fiber, MMF)及细芯光纤(thin core fiber, TCF)的最优长度,制作了传感结构并搭建实验系统观测其折射率和温度响应情况,结合敏感矩阵,实现了双参量的同时测量。实验结果表明,该传感器在1.333—1.380的折射率范围内灵敏度为-44.944 nm/RIU,在30—65℃的温度范围内灵敏度为0.082 9 nm/℃。本文提出的传感器结构简单、体积小、灵敏度高,可以为折射率和温度双参量传感设计提供参考。     

基于级联FPI和MZI的游标效应的光纤温度传感器北大核心CSCD

为了兼顾较高温度传感灵敏度和较大的测量范围,提出了一种基于游标效应的级联法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometer, FPI)和马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)的温度传感器,并进行了实验验证。实验中所采用的FPI是由两段单模光纤和一个两端镀膜的石英波片构成,其结构稳定且不受恒温箱振动的影响,因此将其用来作为温度传感元件。MZI作为滤波结构是由两个3 dB耦合器自制而成,通过控制两个臂长使其自由光谱范围(free spectral range, FSR)与FPI的FSR相接近,从而能基于游标效应以级联的方式实现温度传感灵敏度的放大。实验结果表明,在20℃—70℃的温度变化下,级联干涉仪的温度灵敏度为72.4 pm/℃,相比于单个FPI(8.72 pm/℃),该结构将温度传感的灵敏度放大了8.3倍,同时还具有较大的测量范围,实验结果与理论相一致。     

双芯光子晶体光纤Mach-Zehnder干涉仪及其应力特性

利用自制的双芯光子晶体光纤(D-PCF)与单模光纤(SMF)熔接,并在熔接点塌陷空气孔,提出了一种新型的D-PCF马赫-曾德干涉仪(MZI).利用图像提取法和有限元方法,分析并计算了实际拉制出的D-PCF支持的光纤模式.经过分析发现,这种新型光纤干涉仪的主要干涉模式是环芯模式,不同于传统光纤干涉仪的干涉模式.实验观测了...     

基于单模-无芯-单模结构的光纤折射率传感器

提出了一种基于光纤单模-无芯-单模结构的光纤 折射率传感器。当外界折射率(SRI,surrounding refractive index)小于无芯光纤(NCF,no-core fiber)折射率,并且二者十分接 近的情况下,NCF 可以看作是具有阶跃折射率分布的弱导多模光纤(MMF),这样便构成了传统的单模-多模- 单模(SMS,single-mode multimode single-mode)光纤结构。利用线偏振模近似的方法理论分析了基于这种光 纤结构的折射 率传感器的模式激发特性以及输出特性,进而进行了相应的数值仿真及实验验证,结果表明 ,数值仿真与实验 结果均与理论分析结果相一致。在1.3～1.4的折射率范围内,实验测得传感器灵敏度达到 205.42nm/RIU。     

一种基于FSI和MZI并联组合的光纤温度传感器北大核心CSCD

基于并联的干涉型滤波器的游标效应,设计了一种基于光纤萨格纳克干涉仪(fiber Sagnac interferometer,FSI)和马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)并联组成的光纤温度传感器。FSI由一个3 dB的四端口耦合器和一段6.6 m的保偏光纤(polarization maintaining optical fiber,PMF)组成,因其具有较高的灵敏度以及较好的稳定性,将其作为传感腔。MZI作为参考腔由两个3 dB的三端口耦合器自制组成,通过控制MZI两臂的长度,使这两个干涉仪的自由光谱范围(free spectral range,FSR)相接近但不相等,利用游标效应来提高该结构的温度灵敏度,然后通过改变温度来测量单个FSI与并联FSI、MZI这两种结构的波长漂移情况,从而探究温度灵敏度的放大情况。实验结果表明,单个FSI的温度灵敏度仅为-1.65 nm/℃,并联系统可以将其放大到12.9 nm/℃,增益系数为7.82,与理论结果相符,表明在相同温度下,并联结构能够明显提高温度传感器的灵敏度。该传感器能在较小的温度变化时呈现明显的波长漂移,适用于生物和工业领域的温度精细检测。