新型锥区微孔玻璃光纤液体折射率传感器的研究

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随着科学技术的发展,人类利用传感器获取各种信息的能力越来越重要,因而各种传感器灵敏度的研究已成为焦点,而锥形光纤传感器因其操作简单,飞秒激光技术因其脉冲宽度极窄、时间分辨率极高、峰值功率极高的的特点已经得到了广泛的应用。本文利用熔接机制作锥形玻璃光纤,用飞秒激光器打孔技术制成了一种新型的锥区微孔玻璃光纤液体折射率传感器,重点研究此传感器的灵敏度与锥区直径和微孔位置的关系。首先通过子午光线在拉锥光纤中的传输特点,分析了锥形光纤传感器的光功率与外界液体折射率的变化关系。实验中选取直径分别为15微米,20微米,27微米的三根不同锥形光纤,利用传感系统的光路来测量其损耗,得到锥区直径为15微米时锥形光纤传感器的灵敏度最高,为16dB/RIU(refractive index unit),说明锥形光纤传感器灵敏度主要与光纤的锥度密切相关,即锥形光纤的锥区直径越小,传感器的灵敏度越高。因而为了得到更高灵敏度的锥形光纤传感器,就需要将光纤拉制成又细又长的细丝,但是玻璃光纤质脆易折,所以本论文提出了一种锥区微孔单模玻璃光纤液体折射率传感器。这种传感器主要利用锥区的微孔来实现纤芯和包层之间的功率转移,避免了用细长的锥区增强芯包功率转移的目的。该传感器具有许多优点,如良好的测量线性度,便于操作,较大的测量范围,易于操作等。论文利用射线理论分析了锥区微孔单模玻璃光纤液体折射率传感器的子午光线传输特性,进一步研究了微孔光纤传感器的光波传输损耗随外界环境折射率的变化规律。实验中选取了锥区直径为30微米的锥形光纤,在距离等腰区与锥区相连点30、60、100微米处分别打一个密封小孔,测量发现30微米处传感器的灵敏度最高,于是我们选择在连接点打一个8微米的密封小孔,测量发现其结果完全符合理论分析,而且灵敏度可达70dB/RIU。
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