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℃。     

基于保偏光纤模式干涉的应变传感器研究

为了进一步了解模式干涉光纤传感器的原理,并相应提高应变传感器的性能,提出一种基于保偏光纤(PMF)的模式干涉应变传感器。在两根单模光纤(SMF)之间,腰椎放大熔接一根长30mm的PMF,构成全光纤模式干涉传感器。应变的变化将会引起光纤的纤芯模与包层模相位差的变化,从而导致干涉光谱的变化。在应变范围为0～3 605με,通过光谱仪(OSA)检测宽带光源经光纤传感器后的透射光谱。采用最小二乘法对光强强度和应变进行线性拟合,发现光强减小的趋势与应变的变化有很高的线性关系,并测得应变的灵敏度可达到0.004dB/με,对应的分辨率为2.5με。本文传感器制造简单、费用较低和结构稳固,并且具有很高的分辨率,因此适用于实际测量。     

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。     

全光纤马赫-曾德干涉型高精度油罐液位传感器

提出一种用于油罐液位测量的高精度全光纤马赫-曾德干涉型液位传感器及其频谱解调法。基于全反射原理,传感器透射谱条纹对比度随传感光纤周围油液位升高明显下降,油液位变化45mm,干涉条纹对比度最大变化约8dB。通过快速傅立叶变换分析滤除零频分量的透射谱发现,特定频率分量随液位升高线性下降。实验结果表明,传感光纤90mm时,灵敏度311/mm,分辨率3μm。该油液液位传感器温度串扰小,在25°C 到95°C范围内,被测液位误差小于0.14%。     

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。     

基于多模干涉与马赫-曾德尔干涉效应的光纤振动传感器研究

提出了一种结合多模干涉效应的新型马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构,并将其用于振动检测研究。与基于两个3dB单模光纤耦合器(OC)级联而成的传统MZI不同的是,文章采用多模OC与单模OC共同构成MZI。利用芯径为105μm的阶跃折射率分布多模光纤与芯径为62.5μm的渐变折射率分布多模光纤分别采用熔融拉锥法制作了分光比为1∶1的3dB多模OC,并将其分别与3dB单模OC构建了MZI,同时为了对比,也利用两个单模OC构建了MZI。分别对采用不同类型OC构建的MZI中的一个干涉臂施加振动干扰,并使用示波器进行数据采集和分析。结果表明,基于芯径为105μm的阶跃折射率分布多模耦合器构建的MZI具有最大的可检测振动频率范围,为1~20kHz,同时在振动频率偏差和振动频率鉴别能力上也表现最优。     

基于纺锤型空气腔的光纤马赫-曾德尔折射率传感器

设计了一种基于光纤纺锤型空气腔的三明治结构全光纤马赫-曾德尔折射率传感器。纺锤型空气腔是通过普通单模光纤和光子晶体光纤熔接后再拉锥形成的。锥区的纺锤型空气腔和包层分别作为参考臂和传感臂,从而形成马赫-曾德尔干涉。基于FDTD Solutions和COMSOL仿真软件分别对传感器的干涉条纹及锥区电场分布进行了仿真,得到了折射率传感器干涉条纹波谷波长和有效折射率与环境折射率的关系。当环境折射率为1.36~1.37和1.37~1.38时,灵敏度分别为1 377.6和1 436nm/RIU。此传感器具有极短的干涉臂,能够降低损耗,且具有较高的折射率灵敏度。     

基于保偏长周期光纤光栅的光纤环镜传感器

提出了一种基于保偏长周期光纤环形镜结构的光纤 传感器,可实现对湿度和温度两个参数的 同时测量。采用高频CO₂激光器在熊猫形保偏光纤(PMF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),然 后与3dB单模 光纤(SMF)耦合器连接组成光纤环形镜,并在保偏长周期光纤光栅(PM-LPFG)表面涂覆一 层湿敏材料聚乙烯醇(PVA)薄膜用于获得空气的相对湿度。PM-LPFG的谐振峰波长强度和波长同时 随湿度 与温度的变化而变化,实现对外界相对湿度与温度的同时测量,相对湿度和温度的灵敏度分 别为0.17nm/%RH和0.21nm/℃。     

基于马赫-曾德尔干涉的球形结构光纤温度传感器

提出一种基于马赫-曾德尔干涉的球形结构光纤 温度传感器。该传感器通过在单模光纤上熔接两个球 形结构形成球形-单模-球形结构的马赫-曾德尔干涉仪。外界温度的变化会引起光纤包层 模的有效折射率变化, 从而导致干涉光谱的变化,通过检测干涉谷的特征波长漂移量,实现对温度的测量。实验结 果表明,在温度 变化范围为18～78℃时,当中间单模光纤长度为1.8cm时,传感器 的灵敏度为0.129nm/℃ ,当中间单模 光纤长度为2.4cm时,传感器灵敏度为0.121 nm/℃,当中间单模光纤长度为4.0cm时,传感器灵敏度为 0.070nm/℃。根据0.01nm的波长分辨率,该传感器可以实现温度 的分辨率为0.077℃。该球形结构的 光纤温度传感器灵敏度高、结构紧凑、制作简单、成本低廉,在温度检测方面具有良好的应 用前景。     

马赫- 泽德光纤传感器实验研究

基于光纤传感这一现代科学技术,利用Newport光纤组合实验器件,搭建了一套最基本的马赫- 泽德(M - Z)干涉传感器装置。通过本实验的练习,对于开阔理工科院校学生的视野,提高他们的学习兴趣具有重要的作用。同时,对于引导学生迅速进入工程应用的前沿领域也有良好的导向作用。     

基于腰椎扩径熔接马赫-曾德尔干涉仪的温度光纤传感器

实现了一种基于腰椎扩径熔接马赫-曾德尔(M-Z )干涉仪的温度光纤传感器。通过腰椎扩径熔接技术,分别对4.5cm 长的单模光纤(SMF)两端进行扩径,构成球形-单模-球形结构的M-Z干涉仪。该干涉仪具 有温 度敏感特性,因外界环境温度的变化会引起光纤包层模的有效折射率发生变化,从而导致干 涉光谱的变化。 通过检测同一级次干涉谷的特征波长漂移,实现对温度的测量。实验结果表明,在温度变化 范围为15～60℃ 时,干涉谱发生了明显的红移现象,传感器相应的温度灵敏度为0.068nm/℃。本文温度光纤传感器结构简单、成本低和灵敏度高,在温度检测方面具有良好的 应用前景。     

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。     

Mach-Zehnder interferometer based on core-cladding mode coupling in single mode fibers

In this paper,a novel simple but effective method is presented to construct compact all-fiber Mach-Zehnder (M-Z) interferometer based on CO2-laser-machined micro-notches in single mode fibers.Interference fringes are obtained,and temperature,force,and bending characteristics of the interferometer have been experimentally investigated.Such a compact fiber component with acceptable sensing performances makes it a good candidate for the measurement of numerous physical parameters.     

基于波长与强度双解调的光纤温度传感器

为了更好的了解光纤传感原理,并提高温度光纤传感器的各方面性能,提出一种新型的具有波长与强度双解调的光纤温度传感器。将30mm的保偏光纤(PMF)的两端分别与单模光纤(SMF)进行腰椎放大熔接,形成两个腰椎,构成全光纤马赫泽德尔(M-Z)温度传感器。温度的变化将会引起光纤的纤芯模与包层模相位差的变化,从而导致干涉光谱的变化。以25-70℃作为测试温度,通过光谱仪(OSA)监测宽带光源经传感器后的干涉光谱。实验结果表明,温度升高,特征峰波长在向长波长方向移动,并且其强度在逐渐增大。因此,采用波长与强度双解调的方法对温度进行测量,其灵敏度分别为0.127nm/℃和0.32dB/℃,对应的分辨率分别为0.16℃和0.03℃。这个双解调的全光纤温度传感器制造简单、成本低、体积小和结构稳固,而且具有很高的分辨率,因此适用于实际测量。     

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...