【摘 要】
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光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是一种纤芯折射率沿着光纤轴的方向周期性变化的光纤器件,已广泛应用于光纤传感领域。基于聚合物材料聚甲基丙烯酸甲酯(Poly Methyl Meth Acrylate,PMMA)大热光系数和本身固有的吸水性特点,采用单模PMMA聚合物光纤(Polymer Optical Fiber,POF)制备FBG并用于土壤温度和含水量的测量。本文提出
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光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是一种纤芯折射率沿着光纤轴的方向周期性变化的光纤器件,已广泛应用于光纤传感领域。基于聚合物材料聚甲基丙烯酸甲酯(Poly Methyl Meth Acrylate,PMMA)大热光系数和本身固有的吸水性特点,采用单模PMMA聚合物光纤(Polymer Optical Fiber,POF)制备FBG并用于土壤温度和含水量的测量。本文提出了一种方便快捷的连接聚合物光纤和石英光纤的方法,通过连接聚合物光纤,可以方便接下来的聚合物光纤布拉格光栅的刻写工作,将刻写后的聚合物光纤布拉格光栅封装制作成土壤温度和含水量传感器。具体的操作方法是:首先,在三轴精密位移台上用投影成像方法将单模POF与单模石英光纤(Silica Optical Fiber,SOF)对准,接着,用紫外胶将连接点进行固定。然后,本文提出了一种在POF上快速刻写FBG的方法,即在纤芯掺杂2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮(Benzyl Dimethyl Ketal,BDK)的光敏PMMA光纤上利用266 nm紫外脉冲激光器和相位掩模技术刻写FBG。经过22个激光脉冲,获得了反射率为92.7%的FBG。25天后,FBG仍然保持着很高的稳定性。最后,将FBG封装好做成一个小型的土壤传感探头,并将其分别嵌入具有不同含水量(0%-40%)的土壤中。在含水量不变时,改变温度(15°C-35°C),同时观测布拉格波长,测得数值相近的土壤温度灵敏度,平均值为–0.080 nm/°C。在温度不变时,改变含水量(0%-40%),测得布拉格波长和含水量之间呈指数关系,并且灵敏度随着含水量的增加而降低。当含水量在8%和24%之间变化时,布拉格波长和含水量呈现线性关系,对于不同的温度(15°C-35°C),土壤含水量灵敏度在0.011 nm/%和0.018 nm/%之间。
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