微米光纤锥传感器的研究

【摘要】随着光纤传感器技术的发展及其工艺水平的提高，光纤传感器正进入快速发展时期，许多国家都极大重视对光纤传感器的研发力度。由于光纤本身具有体积小、质量轻、易弯曲、本质绝缘、抗电磁干扰、耐化学腐蚀等特点，使得光纤传感器特别适用于空间狭窄、高温高压、易燃易爆、化学腐蚀、强电磁干扰等恶劣环境条件下传统的电子传感器难以发挥作用的场所。本文所研究的微米光纤锥是一种锥腰直径仅为几微米的双锥形光纤锥，其制备工艺十分简单，只需利用熔接机对普通单模光纤进行拉锥，在拉锥过程中对一侧的光纤手动施加一定拉力，使其形成轴向不对称的结构。这种结构可独立形成光纤模式干涉仪，两侧突变锥可使纤芯模与包层模发生耦合，经过中间锥腰后产生一定的相位差，最终形成干涉输出。相比于正常尺度的光纤锥，这种锥的独特优势在于，由于锥腰直径的显著减小，光纤的消逝场会有很大的一部分发散到外界环境之中，这样光纤的传感特性就会显著受到外界环境的影响，因此微米光纤锥会有较高的折射率灵敏度。实验测得，在折射率范围1.3955-1.4008内，其最高折射率灵敏度可达18989nm/RIU，同时对其不对称性进行了详细研究，验证了不对称性对微米光纤锥的传感特性并没有影响。另一方面，锥腰直径的显著减小还使其更容易受到光纤轴向应力的影响，因而微米光纤锥也会有相对较高的应力灵敏度。基于微米光纤锥的折射率及应力敏感特性，我们利用异丙醇及AB胶将其封装在毛细管内，在温度范围20℃-50℃内，获得了最高灵敏度可达-3.88nm/℃的光纤温度传感器，对其传感机制研究认为，封装液体的热光效应、AB胶的热膨胀效应及封装热体的热膨胀所产生的液压使其具有超灵敏的温度响应特性。此外，还构建了丁醇封装及PDMS封装类型的温度传感器，测得其最高灵敏度分别可达-3.78nm/℃，-2.55nm/℃。所构建的设计巧妙、结构简单、经济实用、灵敏度高的光纤温度传感器，具有很好的应用前景。
【作者】薛洋；
【导师】于永森；
【作者基本信息】吉林大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】微米光纤锥；光纤温度传感器；折射率传感；

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