SMS光纤结构特性的数值模拟分析

采用光束传播法(BPM),对单模-多模-单模(SMS)光纤结构内部传输光场分布情况,进行数值模拟;分析了SMS光纤结构中不同的多模光纤长度,多模光纤纤芯直径和输入光波长对光纤结构内部传输光场分布情况的影响,以及所得透射谱的变化规律;进一步探讨了基于多模干涉理论的SMS光纤结构传感器在各传感领域的应用潜力.最后,以基于多模干涉理论的SMS光纤结构折射率传感器为例,分析了多模光纤纤芯外界折射率的改变对光纤结构输出透射谱的影响,并进行实验加以验证.实验结果与仿真模拟结论一致,从而验证了模拟的准确性.     

基于氧化石墨烯的干涉型光纤湿度传感器

氧化石墨烯是一种新型二维纳米碳材料,比表面积较大,亲水性突出,折射率随湿度变化显著,可用于高灵敏度的光纤湿度传感.我们提出并实验验证了一种基于氧化石墨烯的干涉型光纤湿度传感器,在保偏光纤与普通单模光纤的两个熔接点处分别采用花生形光纤结构与错位熔接,构建在线型光纤Mach-Zehnder干涉仪,并通过沉积将氧化石墨烯均匀地镀在保偏光纤表面.当环境湿度变化时,氧化石墨烯薄膜吸附或释出水分子,其折射率发生变化,改变包层模的有效折射率,进而导致干涉条纹的强度变化.实验结果表明,在35%~65%RH的测量范围内该传感器具有灵敏度高达0.165dB/%RH的线性响应,因此具有灵敏度高,结构简单的优点.     

光子晶体光纤F-P干涉式高温传感器研究

本文提出一种用于高温测量的光子晶体光纤F-P干涉传感器,通过熔接机放电使无截止单模光子晶体光纤(ESM-PCF)一个端面完全塌陷,然后再将其与单模光纤(SMF-28e)熔接起来,最后按照设计长度切断ESM-PCF。由于在熔接点处ESM-PCF完全塌陷使其模场直径扩大,减小了与SMF-28e的模场失配损耗,并提高了熔接面的反射光强。这种方式制作简单,相对于以往的光子晶体光纤F-P干涉传感器具有更高的干涉光强度。实验结果表明,该传感器测量温度可达1100℃,温度灵敏度为29.4nm/℃,可以预见这种结构稳定、线性度好的全光纤传感器在机械、航空、冶金领域等具有一定的潜在应用价值。     

包层腐蚀光纤M-Z干涉型高灵敏度折射率传感器(英文)

我们设计并制作了一种基于Mach-Zehnder干涉的高灵敏折射率传感器,其结构由两个光纤纤芯偏移的熔接结经包层腐蚀后组成。首先,利用商用的光纤熔接机在单模光纤上制作两个光纤纤芯偏移的熔接结;然后,将光纤化学腐蚀获得细薄的光纤包层,则光纤倏逝场与周围介质强烈相互作用,即制作出Mach-Zehnder干涉型高灵敏折射率传感器。实验结果表明,制作的长度为10 mm、直径为13.2μm的Mach-Zehnder干涉型折射率传感器,在折射率1.333～1.3685和1.3685～1.386范围内,其传感灵敏度分别高达1288.05和2118.26 nm/RIU。该传感器具有高灵敏度、结构紧凑、制作简单和低成本的优势。     

光子晶体光纤Fabry-Perot结构温度传感特性研究

提出了一种将光子晶体光纤(Photonics Crystal Fiber,PCF)与单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)拼接而成的法布里-珀罗干涉(Fabry-Perot Interferometer,FPI)传感器,形成SMF-PCF-SMF结构,其中PCF为F-P腔。反射谱波长周期为2. 18 nm,条纹对比度达到13. 12 d B。研究了FPI传感器的温度响应,在50～400℃分别进行了升温和降温实验,波长灵敏度为12. 3 pm/℃,线性度大于0. 993。该传感器具有交叉灵敏度低、温度稳定性好、线性度高等优点,可用于工业生产、航空航天、生物医学等温度传感领域。     

高斯光束到光纤的单透镜耦合

分析了基模高斯激光束到单模和多模光纤的单透镜耦合过程中的各种损耗,把多模光纤的光场用高斯分布近似,采用模场耦合理论计算了基模高斯光束到单模和多模光纤的单透镜耦合效率.模拟计算了当激光-光纤耦合系统的工程参数(光束束宽、光纤数值孔径和光纤的纤芯芯径)一定时,单透镜耦合效率与所选用透镜的焦距之间的关系.并利用532mn激光(M2≤1.05)在几种不同焦距的透镜下对纤芯直径为3.μm的单模光纤和25μm的多模光纤进行了耦合效率的测定实验,得到了与理论计算基本吻合的实验结果.     

钢条封装的光纤布拉格光栅温度传感器

介绍了光纤布拉格光栅传感器测温的基本原理以及一些布拉格光纤的封装方法,在此基础之上探讨了一种新型的布拉格光纤光栅的封装方法即用钢条对布拉格光纤光栅进行封装,并通过实验对祼光栅和封装后光栅的温度特性进行了研究.实验采用了恒温水浴装置,在25℃至70℃温度范围使用了中心波长为1530.5 nm的光纤布拉格光栅进行测量.先进行了祼光栅的测量,在光栅封装之后又进行了测量.实验结果表明,光纤光栅在封装之后温度灵敏度为裸光栅的2.5倍.其线性拟合度达到0.996.     

光纤布线兵法之热点问题

1什么是单模与多模光纤？他们的区别是什么？单模与多模的概念是按传播模式将光纤分类—多模光纤与单模光纤传播模式概念。我们知道,光是一种频率极高（3×1014Hz）的电磁波,当它在光纤中传播时,根据波动光学、电磁场以及麦克斯韦式方程组求解等理论发现：当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时,     

多模光纤光栅技术应用研究

多模光纤光栅具有芯径大，易耦合等特点，可以代替单模光纤光栅以节约成本，并在光纤传感和光信息测量等领域也得到更了广阔的应用。本文讨论了多模光纤光栅的研究意义，应用领域，以及一些典型应用     

HCPCF端面塌陷成腔工艺的F-P应变传感器

本文提出了一种新型测量应变的空芯光子晶体光纤(HCPCF)法布里-珀罗(F-P)干涉传感器,HCPCF的一端与单模光纤熔接形成反射面1,另一端在熔接机内通过电极放电使端面完全塌陷形成反射面2,构成以HCPCF为腔体的新型F-P干涉传感器。实验结果表明,腔长2mm的传感器在室温下的应变灵敏度为3.1nm/με,线性度为0.9992,极限腔长改变量为3827.3nm。温度在0～150℃的温度变化范围内,腔长的改变量约为0.17μm。理论和实验结果表明该新型传感器具有制作工艺简单、应变灵敏度高、温度灵敏度低和没有迟滞现象等优点。     

保偏光子晶体光纤模间干涉的研究

针对椭圆芯保偏光纤模间干涉灵敏度和温度稳定性相对较低的缺点,本文提出了采用保偏光子晶体光纤(PM-PCF)来设计模间干涉光纤传感器的方案.对一种保偏光子晶体光纤的模间干涉特性进行了仿真研究,分析了PM-PCF的两个低阶模式LP01模和LP11偶模的传输特性,得到了相对有效折射率与波长的关系以及模间相位差同干涉输出光强分...     

基片式高灵敏度光纤光栅温度传感器

光纤光栅是一种新型光学无源器件,现已普遍运用于传感测量方面,但由于裸光纤光栅的灵敏度比较低,需要对其进行增敏封装处理。该文提出一种基片式封装结构,运用铝和殷钢两种不同热膨胀系数的材料,进行过渡配合,当铝受热产生变形,在铝和殷钢之间形成挤压力,这种挤压力减弱横向延伸,增强纵向两端延伸,使得光纤光栅应变增大。通过水浴加热实验对比分析裸光纤光栅、封装的光纤光栅和改进封装后的光纤光栅的温度特性,实验结果表明改进的基片式封装结构温度传感器的线性相关系数为0.996,其灵敏度为33.21 pm/℃,是裸光纤光栅的3.224倍,比单一铝材料封装灵敏度增大6.41 pm/℃,可广泛运用于多种场合的温度测量,具有实际的应用价值。     

微纳Taper光纤干涉传感器的折射率测量理论研究

利用微纳taper光纤干涉方程和微纳光纤传输模式函数关系,建立了微纳taper光纤干涉波长随环境折射率变化的数学模型,指出微纳taper光纤干涉波长的响应规律由基模高阶模有效折射率差、色散因子和环境折射率3个因素所决定.详细研究了微纳taper光纤传感器的灵敏度变化规律,结果表明,传感器的灵敏度随光纤半径变小而急速增大,并随环境折射率的增大而非线性增加,而且探测波长越长,其灵敏度越大.     

光纤探测器的应用

光纤探测器是近十几年研制出来的成果。由于其独特的结构特点，使其刚刚问世就立即受到人们的普遍关注。光纤探测器的用途繁多，在工业中使用的探测器主要用于温度，压力，距离等参数的测定，特别是在危险或恶劣生产环境中的测定。其中单模光纤探测器由于技术复杂成本较高，迄今在市场上尚未出现标准产品。而多模光纤探测器则成本较低，主要用于空间狭小，以及具有电磁干扰的生产环境。这种探测器的局部选择性（横向分辨率）及灵敏度都较差，而且对环境敏感，缺乏隐定性，其不确定度可达测量范围的2％～10％。单模光纤探测器由于其数值孔径…     

单模光纤耦合器应变特性实验研究

根据单模光纤耦合器的输出功率的比值对耦合区长度变化敏感的特点,采用螺旋测微仪对光纤耦合器的应变特性进行研究,避免了悬臂梁结构自重、梁的振动等不可控因素对测量结果的影响,有效提高了测量精度;同时对单模光纤耦合器的温度稳定性和横向抗干扰能力进行了讨论.实验证明,熔融拉锥式单模光纤耦合器不但具有应力敏感性,而且随应变呈线性单调变化,同时具有较好的温度稳定性和横向抗干扰性.     

金属涂层SPR的单端面LPFG折射率传感器(英文)

提出了一种新型的单端面反射的镀有金属膜的长周期光纤光栅传感器.这种基于表面等离子体谐振的具有三层结构的传感器分为两个部分,光栅部分用连续CO2激光脉冲制作,金属膜是由真空镀膜制成.在光栅上镀上各种不同厚度的薄金属膜来激发表面等离子体波,用这种光纤光栅传感器来测量液体的折射率,并研究它的反射谐振谱的特性.在标准气压下,镀有80 nm银膜的光栅从水(ns=1.33)到酒精(ns=1.36)中光栅谐振波长改变了1.14nm,其敏感度达到折射率变化～5×10-4谐振波长改变20 pm.研究发现不同厚度的不同金属膜显示了不同的敏感度.通过比较光栅在空气,水,酒精,甘油,以及在它们的混合物溶液中的谐振波长,得到这种反射式的长周期光纤光栅传感器的敏感特性.为制作一种高性能的用来测量折射率的光纤光栅传感器提供了一个有益的参考.     

基于双模LPFG折射率不敏感双参量传感器

环境折射率和环境温度变化是影响光纤应变测量误差的主要因素.本文利用双模光纤纤芯双模式(LP01和LP11)支持特性设计了一款环境折射率不敏感的双模光纤(DMF)长周期光纤光栅LPFG)应变传感器.设计了传感器模型结构,制作了最优化参数的传感器样品.实验测试了DMF-LPFG传感结构对外部环境中应变、温度和折射率的响应....     

一种测量微位移的六角形光纤阵列传感器

提出一种基于光纤阵列排布的位移实时测量的传感器,并分析了其动态检测特性。该光纤传感器采用以中心为单模光纤为入射光源,周围呈六角形排布的六根多模光纤作为传感探头,各多模光纤接收到的光强度随着位移而发生改变,推导了位移与光强度之间的函数关系。这种测量方法可有效地降低被测物表面的反射系数和外界环境变化对测晕结果的影响。同时可以实现对被测物的三维位移实时测量。     

光纤折射率分布和几何参数标准测量装置的研究

介绍了中国计量科学研究院建立的光纤折射率分布和几何参数标准测量装置，该装置采用“光反馈激光开关干涉-计算机光功率组分”测量微位移，并采用“干涉逼近法”和“插值法”测量折射率差的方法，分别使光纤的几何参数测量和折射率差测量溯源到He-Ne激光波长，测量光纤皮径和芯径的不确定度（2σ）分别为±0.25um和±0.5um。测量折射率的不确定度达到±2×10^-3。     

石英套管封装光纤光栅温度传感器

针对光纤光栅温度传感器管式封装时,高温下环境聚合物粘接材料性能不稳定的问题,提出一种无胶封装方法,选用石英套管作为封装材料,利用高频CO2激光脉冲加热,使传输光纤与石英套管实现可靠焊接,并对封装后的传感器的温度特性进行测试,实验结果表明:石英套管封装的光纤光栅温度传感器在室温至300℃具有很好的线性,可实现对环境温度的测量。