本征型光纤倏逝波化学传感器的研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,本文提出基于倏逝波原理的本征型光纤化学传感器。根据光线理论数值分析了传感器几何结构参数,溶液折射率与灵敏度的关系。通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,进行实验系统设计,并用不同浓度亚甲基蓝对这些传感器进行了实验研究。实验结果与数值计算结果一致,传感区纤芯越细,越长,其灵敏度越高。为了提高传感器灵敏度并保证纤芯不至于太细而折断,应少减小传感器直径,有效增加其长度。     

光纤倏逝波吸收传感器灵敏度模拟分析

基于光波导模式理论,结合光纤倏逝波吸收原理,分析了本征型单模光纤倏逝波的传输特性及功率传输情况,导出了光纤倏逝波吸收传感器的灵敏度公式。结合灵敏度公式分析了传感器的几何参数、溶液折射率及入射波长与灵敏度的关系,运用时域有限光束传播法（FD BMP）进行模拟。模拟结果表明,光纤传感区纤芯越长越细,外界溶液折射率越小,入射波长越短,其归一化输出功率越小,传感器灵敏度越高,这与理论计算和文献实验结果一致,为光纤倏逝波吸收传感器的研究提供了参考。     

新型的分段结构光纤倏逝波传感器

提出一种基于倏逝波吸收原理的分段结构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分段和直形波导模型进行数值模拟,分段波导中高阶模在每次分段的第一个界面上被反复地激发。分析不同结构、纤芯直径和溶液浓度对传感器灵敏度的影响,通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝波传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明,在传感直径相同的条件下,传感长度为5cm分段结构光纤倏逝波传感器的灵敏度为0.0135L/mmol,优于传感长度为6cm的传统的单一直形传感器的灵敏度0.0102L/mmol。分段结构光纤倏逝波传感器能有效地激发光纤中低阶模到高阶模的转变,从而提高传感器的灵敏度。实验结果与模拟和理论结果相符。因此,分段结构光纤倏逝波传感器相对于传统的单一的直形传感器不仅具有较高的灵敏度,且机械强度较高,在物质光谱检测方面有着潜在的应用。     

高灵敏度分段结构光纤倏逝波传感器

提出一种基于倏逝波吸收原理的高灵敏度分段结 构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分 段和直形波导模型进行数值模拟,分段波导中高阶模在每次分段的第1个界面上被反复的激 发和吸收。分析 不同结构和溶液浓度对传感器灵敏度的影响,通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝 波传感器,并用 不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明,在传感直径相 同和分段结构传 感器的传感长度3cm短于传统的单一的直形传感器传感长度5cm的条件下,分段结构传感器 的灵敏度是 0.038L/g,优于直形传感器的灵敏度0.026L/g。分段结构光纤倏逝波传感器能有效激发 光纤中低阶模到高 阶模的转变,从而提高传感器的灵敏度。实验结果与模拟和理论结果相符。因此,分段结构 光纤倏逝波传感 器相对于传统的单一的直形传感器不仅具有较高的灵敏度,且机械强度较高。     

光纤研磨纸粒度对侧边研磨塑料光纤传感器灵敏度的影响

为了提高侧边研磨型(D形)塑料光纤倏逝波传感器的灵敏度,采用不同粒度的光纤研磨纸对塑料裸光纤进行侧边研磨,制备了不同直径及不同表面粗糙度的D形塑料光纤倏逝波传感器。实验观测了D区表面形貌、D区直径与表面粗粗度对传感器光传输性能及灵敏度的影响。实验研究发现:D形敏感区域直径及表面粗糙度对传感器光传输及灵敏度影响显著;传感器灵敏度随着D区直径的减小先增大后减小,当D区直径为1200μm时,传感器对葡萄糖溶液的响应灵敏度达到最大值:-0.0032(mg/L)-1;当采用粒度为9μm的光纤研磨纸对光纤进行研磨时,传感器的灵敏度将进一步提升至-0.0045(mg/L)-1,是未经研磨塑料光纤传感器灵敏度的11.25倍。     

线性锥形光纤倏逝波传感器的灵敏度分析

倏逝波的透射深度、均匀感应区域的感应芯径和感应长度是线性锥形光纤倏逝波传感器灵敏度的主要影响因素。为了实现灵敏度的最优化设计,分别建立了倏逝波透射深度与锥形参数之间关系及有效吸收路径与感应芯径和感应长度之间关系的数学模型,讨论了不同锥形参数(发射角、锥度比、锥长)下倏逝波的透射深度,不同感应芯径和感应长度下倏逝波的有效吸收路径,并进行了仿真。仿真结果表明,选择锥形光纤几何体和合适的发射角,可使透射深度增大近3倍,当锥度比为0.4时,倏逝波透射深度最大;减小感应芯径,增大感应长度可提高倏逝波的有效吸收路径,增强纤芯表面的倏逝波与周围吸收介质的作用强度。研究结果可用来指导制作高灵敏度线性锥形光纤倏逝波传感器。     

基于光纤倏逝波传感器的磷酸根离子检测

提出了利用光纤倏逝波传感器通过光吸收方法来测量溶液中磷酸根离子浓度的新方法。将通信用标准单模光纤（SMF）局部腐蚀到接近芯层后放入不同浓度的磷钼蓝溶液中,当以磷钼蓝光吸收峰值为探测光波长时,光纤表面的倏逝波会部分被溶液吸收,通过测量光纤输出光强来计算溶液中的磷酸根离子浓度。实验结果表明,磷钼蓝溶液中磷浓度为0．04～O...     

光纤倏逝波传感器探针灵敏度分析

针对直线型光纤探针结构特点,从倏逝波场能量的角度对探针的灵敏度进行理论建模,推导出探针平均倏逝波吸收系数的表达式.在此基础上从探针锥型长度与纤芯半径的匹配关系、入射角度、溶液折射率这几个方面对灵敏度的影响进行实例计算.计算结果表明:在探针长度一定时,合理的选择锥型长度与纤芯半径能有效地提高探针灵敏度,实例中最高有接近69倍的差别.同时入射角越靠近全反射角,溶液折射率越大,则探针的灵敏度越高.最后通过实验研究表明,实验结果与理论计算具有一致性.     

基于FPGA的倏逝波型光纤气体检测研究

文章就光纤气体传感器的背景和发展进行了介绍,并且对倏逝波型的光纤气体检测原理进行了分析与研究.设计了一款基于FPGA的倏逝波型的光纤气体检测系统.通过模拟与实验,提高了检测灵敏度和响应时间,可进行多种气体检测.     

光纤倏逝波生物传感器探针新的几何设计

为提高光纤倏逝波生物传感器的探测效率和灵敏度,根据光纤的模式匹配理论计算了给定条件下光纤探头的模式匹配半径,以此匹配半径为基础分析激发光在线性锥型光纤探头中的光线传输轨迹.结合倏逝波透射深度与光线入射角之间的关系,提出一种新的抛物线锥形光纤探头.计算结果表明,为使入射光在均匀感应部分激发的能量最大,入射角在锥形感应部分必须满足在锥形终端最小且刚好是临界角的条件.通过修正抛物线锥形参数,使入射角在满足全反射条件下更加接近于临界角,从而获得比线性锥形更深的透射深度.灵敏度测试实验结果表明抛物线锥形的灵敏度比其它探针测试效果好,说明凹形抛物线锥形探针能够与待测的生物样品之间构成一种理想的荧光收集与激发机制,实验与理论结果比较吻合.     

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。     

自映像多模干涉仪的应力传感研究

提出一种基于自映像原理的多模应力传感器。通过测量透射谱中满足自映像条件的波峰波长,解调纵向应力的大小。分析了传感器中多模光纤(MMF)结构参数对透射谱的影响。0～4 400με纵向应力范围的实验结果表明,透射光谱峰值波长的漂移与应力之间呈良好的线性关系,应力敏感度为1.29pm/με。本文传感器制备简单,对MMF的长度精度要求不高。利用多模干涉仪(MMI)的带通特性,可以通过简单地并联不同长度的无芯光纤传感器实现多路复用。     

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。     

刻纹光纤传感器的原理及灵敏度分析

介绍了一种新型的光纤传感器，采用热刻-酸蚀法在光纤上形成一些周期性刻纹结构，使得感受应变量的部分成为光纤本身的固有结构。这种光纤传感器具有线性、可重复的输入、输出响应且没有滞后效应，与其它传感器相比其最大的优点是灵敏度高、外形尺寸小。     

高灵敏度多模干涉-异质无芯光纤折射率传感器

基于多模干涉理论和自映像效应,设计了一种高灵敏度多模干涉-异质无芯(SNS)光纤折射率传感器。利用纤芯失配在包层激发的高阶模与无芯光纤中产生的基模耦合产生多模干涉来实现其对折射率的传感测量。应用波束传播法(BPM)数值模拟了传感器在不同折射率条件下光的透射谱,讨论了无芯光纤的长度及外部环境折射率等参数对传感器性能的影响。通过无芯光纤SNS结构传感器的样品制备,测试了多组不同浓度蔗糖溶液下的透射谱,实验结果与数值模拟结果一致。结果表明:在折射率1.330~1.419范围内,透射谷的波长灵敏度达到189nm/RIU,透射率灵敏度达到-40%/RIU。     

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。     

缆索拉力光纤微弯传感器及其非线性补偿

缆索拉力监测对相关行业的安全生产具有重要意义。提出一种新型缆索拉力光纤微弯传感器,介绍了带有弹簧的传感器结构,给出了传感器力学传递函数关系式,通过对梯形弹簧的非线性特性分析,说明梯形弹簧可用于缆索拉力光纤微弯传感器的非线性补偿。实验测试结果表明,经过梯形弹簧非线性补偿的缆索拉力光纤传感器可以获得很好的线性响应。该缆索拉力光纤传感器可应用于电梯、塔吊、起重机、空中索道等场合的拉力监测。