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。     

基于虚拟游标效应的夹层多模光纤马赫-曾德尔干涉仪高灵敏温度传感器

提出一种基于夹层多模光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）与虚拟游标效应结合的高灵敏度温度传感器,进行了理论分析和实验验证。该光纤MZI是通过在两段1 mm长的阶跃型多模光纤之间拼接一段20 mm的渐变多模光纤制成,夹层多模光纤MZI作为游标效应的传感干涉仪,利用信号处理对该光纤MZI的干涉光谱进行变频得到参考干涉仪光谱,通过叠加传感干涉仪和参考干涉仪的波形实现虚拟游标光谱。实验结果表明,在40～100℃温度范围内,该传感系统的温度灵敏度为3.884 nm/℃,与单个夹层多模光纤MZI相比,灵敏度提高了37.346倍。与传统的光纤游标传感器相比,所提出的虚拟游标夹层多模光纤温度传感器具有灵敏度极高、尺寸紧凑、制作简单、成本低、结果更可靠等优点。     

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。     

光纤马赫-曾德尔干涉仪干涉长度的精确测量

第一次将小数重合法应用于非真空的长度测量中；通过对干涉仪温度系数的测量，结合单模光纤的色散特性，采用逐步近似的办法，提高了测量精度。在实验中得到了绝对误差小于0．1μm的测量结果，为光纤干涉仪在精密测量方面的应用提供了理论基础。     

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。     

光纤马赫-曾德尔干涉仪干涉长度的精确测量

第一次将小数重合法应用于非真空的长度测量中;通过对于涉仪温度系数的测量,结合单模光纤的色散特性,采用逐步近似的办法,提高了测量精度。在实验中得到了绝对误差小于0．1 μm的测量结果,为光纤干涉仪在精密测量方面的应用提供了理论基础。     

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。     

基于马赫-曾德尔干涉仪和光纤光栅的光分插复用器

光分插复用器(OADM)是波分复用(WDM)系统中的关键器件之一。提出了一种结构新颖的基于马赫-曾德尔(M—Z)干涉仪和光纤光栅(FBG)的光分插复用器，它由两个三端口光环形器、一个光纤光栅和一个马赫-曾德尔干涉仪组成，马赫-曾德尔干涉仪起着光开关的作用。对光分插复用器的输出特性进行了实验研究，实验中调节干涉仪的臂长差，可以实现信号的上下载或直通功能，上下载时通道的隔离度大于20dB。这种结构的光分插复用器具有结构简单、体积小、价格低等优点，在波分复用技术中具有实际应用价值。     

马赫-曾德尔干涉仪的应用研究

主要介绍马赫-曾德尔干涉仪在传感和解调方面的应用及其优势。在传感领域,应变和温度都会引起马赫-曾德尔干涉仪相位的变化,基于此提出一种利用马赫-曾德尔干涉仪和光纤布拉格光栅测量应变和温度的传感系统,并分析系统的工作原理。     

3×2型马赫-曾德尔干涉仪交错滤波器理论研究

对由1个3×3和1个2×2单模光纤耦合器串联组成的全光纤Mach-Zehnder干涉仪（MZI）型波长交错滤波器进行了详细分析。结果表明：可以根据实际需要,通过调节马赫-曾德尔干涉仪干涉臂的臂长差和第2个耦合器耦合比来控制输出波的谱形图,以达到所需的多波长交错滤波器。     

基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的应变传感器

研究了基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的光纤应变传感器,通过将一根细芯光纤熔接在两根单模光纤(SMF)之间,构成了一种光纤内干涉的马赫曾德尔干涉仪。当单模光纤中的光耦合进细芯光纤时,一部分光耦合进细芯光纤纤芯作为芯模传输,另一部分光耦合进细芯光纤包层中激发出包层模沿包层传输,当芯模和包层模再耦合进单模光纤时发生干涉。当应变作用在细芯光纤上时,干涉条纹发生漂移。通过解调干涉条纹对应变的漂移量实现应变测量,在0~2000 με的测量范围下,测得的应变灵敏度为-1.83 pm/με,并且实验结果与理论分析有很好的一致性。该传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高等优点。     

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。     

基于双锥形光子晶体光纤的折射率传感器

设计了一种基于光子晶体光纤的双锥形马赫-曾德尔干涉仪,并对其折射率传感特性进行了研究。在FDTD Solutions光学仿真平台中建立了干涉仪结构模型,研究了该结构的透射光谱对环境折射率的响应。仿真结果表明,透射光谱随环境折射率的增加发生红移,灵敏度为95.906nm/RIU。利用熔接与拉锥工艺制备了干涉仪样品,搭建了实验系统,在不同浓度甘油溶液中对其透射谱进行了检测,实验结果表明,折射率在1.3222~1.3538范围内,透射谱偏移灵敏度为121.95nm/RIU。该传感器具有体积小、重量轻、易于制备、灵敏度高等优点,适用于生化和物理传感领域。     

光纤臂长差对马赫-曾德尔型光纤陀螺的影响

介绍了基于马赫-曾德尔干涉原理和萨格奈克(Sagnac)效应的马赫-曾德尔型光纤陀螺(MZ型光纤陀螺)的工作原理.在此基础上,分析了两光纤臂长差对光纤陀螺零位漂移和温度稳定性的影响,指出臂长差的存在是影响MZ型光纤陀螺系统稳定性和灵敏度的最主要因素.     

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3×3耦合器的马赫-曾德尔干涉仪的光纤光栅波长解调技术

介绍了一种基于3×3和2×2光纤耦合器构成的非平衡马赫-曾德尔干涉仪的波长解调方案。理论分析和数据对比表明,相对于由两个2×2光纤耦合器构成的马赫-曾德尔干涉仪,本干涉仪具有宽谱的灵敏度、能跟踪波长的变化方向和相位展开的优点。实验方案用于测量固定在悬臂梁上的传感光纤布拉格光栅(FBG)的峰值波长变化,获得了±1 pm的静态波长解调精度,在10 Hz处的动态分辨率为27 n/εHz。相位展开算法使得应变测量范围达到了2014με,对应的相位变化为3.22π。     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

基于高阶模干涉的光纤应变传感器

介绍一种利用光纤内的高阶模干涉原理实现对应变测量的新型光纤应变传感器.在采用相同光纤的条件下,该应变传感器具有与光纤布拉格光栅(FBG)相反符号的应变系数,其温度灵敏度与FBG传感器相同,而应变灵敏度约为FBG传感器的2倍,非常适合与FBG结合实现应变与温度的同时测量,并具有结构简单、制作方便和成本低等特点.