錐形布拉格光纖光柵微納光纖干涉結(jié)構(gòu)雙參數(shù)傳感特性研究.pdf

1、光纖傳感開始于20世紀(jì)70年代,相比于傳統(tǒng)電傳感技術(shù),光纖傳感具有抗電磁干擾、保密性好、信號(hào)串?dāng)_小以及傳感合一等優(yōu)點(diǎn),至今為止,光纖傳感技術(shù)已經(jīng)可用于近70多種物理量的測(cè)量.
　　但是在光纖傳感領(lǐng)域,大部分多參數(shù)光纖傳感器都不可避免地存在難以解決的交叉敏感問題。本文提出了一種基于微納光纖法珀干涉腔的雙參數(shù)傳感器MFPI(microfiber Fabry-Perot interferometer)。當(dāng)溫度和折射率雙參數(shù)同時(shí)測(cè)量時(shí),

2、MFPI具有交叉敏感。為了解決MFPI交叉敏感問題,我們對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)得到了TFMC(Tapered FBG combined with microfiber cavity)結(jié)構(gòu)。與MFPI相比,在一定條件下TFMC可以克服交叉敏感問題實(shí)現(xiàn)溫度和折射率雙參數(shù)同時(shí)測(cè)量。
　　本論文首先針對(duì)MFPI開展了理論和實(shí)驗(yàn)研究。得到了溫度和折射率傳感基于波長(zhǎng)漂移的原理。溫度實(shí)驗(yàn)中溫度靈敏度為9.9pm/℃,折射率實(shí)驗(yàn)中丙酮?dú)怏w濃度靈敏度為2

3、2pm/％VOL。雖然MFPI在一定條件下可以單獨(dú)作為溫度或者折射率傳感器,但是由于它的溫度和折射率傳感都是通過測(cè)量波長(zhǎng)漂移來實(shí)現(xiàn),所以不能實(shí)現(xiàn)溫度和折射率同時(shí)傳感。這就是所謂的交叉敏感問題。
　　接下來,就MFPI交叉敏感問題提出TFMC結(jié)構(gòu),并從以下三方面展開研究:
　　首先根據(jù)法珀干涉原理,得到 TFMC反射譜表達(dá)式,對(duì)式中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析,初步得到了TFMC的溫度和折射率傳感原理。然后介紹了TFMC的兩種制作方法和

4、關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。最后對(duì)其做了溫度和折射率的傳感實(shí)驗(yàn),并且就其傳感理論做了進(jìn)一步的分析,得出它作為雙參數(shù)同時(shí)傳感所必需滿足的兩個(gè)條件。通過理論分析可知,TFMC溫度和折射率傳感原理分別基于波長(zhǎng)漂移和條紋對(duì)比度變化。傳感實(shí)驗(yàn)中溫度靈敏為13pm/℃,折射率靈敏度為15dBm/RIU。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了TFMC作為溫度和折射率雙參數(shù)同時(shí)測(cè)量時(shí)可有效克服交叉敏感問題。
　　另外本文還提出了 TFMC的改進(jìn)方法:可以通過制作反射率低的光纖光柵或