基于全单模和全熊猫光纤马赫-增德尔干涉仪传感器研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:njuchen1986
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相比与传统的电学传感器,光纤传感器由于具有耐高温、抗电磁辐射、体积小和质量轻等优点,在近年来得到了研究者们的广泛关注和研究。光纤马赫-增德尔(M-Z)干涉仪结构形态新颖,器件灵敏度也较高,是一种非常重要的光纤传感器。之前制作光纤M-Z干涉仪的方法常见的有:光纤拉锥、飞秒激光加工和CO2激光加工等。这些方法可以制备出结构十分精妙、特性各异的光纤传感器,但其往往需要用到非常昂贵的加工设备,如飞秒激光和CO2激光,或者制备的器件机械强度被削弱,如光纤拉锥等。因此本文中我们主要利用熔融放电技术制备全光纤M-Z干涉仪。首先我们利用光纤熔接机制备基于“花生”和“J”型结构级联的全单模光纤M-Z干涉仪传感器。制备该器件仅仅需要用到光纤熔接机,制备效率较高;同时制备的器件的光纤直径维持在初始光纤直径左右,保留了较高的机械强度。然后研究器件的温度和应变响应特性,实验结果表明干涉峰波长和强度对温度和应变均是敏感的。干涉峰波长随温度的增加向长波方向移动,表现为红移特性,在温度从40℃到80℃范围内波长温度灵敏度为52.9pm/℃,强度对应的温度灵敏度为-0.0125dB/℃。干涉峰波长随应变的增加向短波方向移动,表现为蓝移特性,在应变从113.23με到792.64με范围内波长应变灵敏度为-11.44pm/με,强度对应的应变灵敏度为0.0152dB/με。实验证明全单模光纤M-Z干涉仪可实现利用单个谐振峰同时测量温度和应变。之后对器件的折射率响应特性进行研究,实验发现干涉峰的波长和强度均随折射率的变化而变化,在RI从1.3451到1.3806范围内对应的折射率灵敏度分别为-15.479nm/RIU和-121.24dB/RIU。基于上述结果的启发,我们以特种光纤为基底制备基于错位结构级联的全熊猫光纤M-Z干涉仪。对其进行温度和应变传感响应特性的研究,实验结果表明全熊猫光纤M-Z干涉仪的干涉峰波长随温度和应变的变化均呈现线性变化,但干涉峰强度随温度和应变变化未呈现线性变化。在温度从40℃到90℃范围内波长对应的温度灵敏度为29.13pm/℃;在应变从113.23με到792.64με范围内波长对应的应变灵敏度为-9.82pm/με。因此全熊猫光纤M-Z干涉仪无法实现利用单个谐振峰同时测量温度和应变。
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