基于新型Michelson光纤干涉仪传感特性的研究

摘要

近年来，各种类型的传感器在向着灵敏度更高、精确度更准、结构更小巧的方向发展。而光纤传感器作为新型传感器因传输损耗低，测量动态范围大，耐腐蚀，抗电磁干扰等方面具有较高的优势而备受青睐，已主要在冶金，高压电缆，监测，桥梁，航空航天及军事等方面得到了广泛的应用，解决了在易燃易爆以及电磁干扰较强环境的测量和控制问题。
　　现今把传感部分集中到单根光纤上的简易马赫曾德的干涉仪（MZI）的基本原理是当外界环境改变时，会使光纤中的包层和纤芯的有效折射率差发生改变，利用干涉谱线发生漂移的现象来检测外界环境的改变。本文就是利用这种基本原理实现传感研究，内容主要包括
　　第一，简要描述了几种普遍的干涉仪的传感结构特性及国内外研究现状。随后又介绍了不同的干涉仪结构的运作原理及温度、折射率传感原理。在此基础上，简要研究了不同结构的元件的温度及折射率传感特性。
　　第二，简要的介绍了类花生型M-Z干涉仪的基本结构及制作过程，基于其基本原理，研究了两个耦合激发元都为类花生型结构的折射率传感情况。
　　第三，由于花生型M-Z干涉仪对特定环境下测量的局限性，将花生型M-Z干涉仪进行优化改进，对花生型Michelson干涉仪的传感特性进行探讨，对该结构的折射率以及该结构在处于50-500℃的温度传感特性进行了研究。简述了这种类花生型Michelson干涉仪的制作过程，提出了一种对于光纤端面的封装方法，只有合理的保护光纤端面的平整性，才不会影响端面的菲涅尔反射结果，从而可以更好的实现传感的研究。
　　第四，本文提出了一种阵列凸包型Michelson干涉仪，是由三个凸包结构利用光纤熔接机以及显微镜切割装置制作而成，研究了这种阵列式凸包Michelson干涉仪对于外界环境的折射率响应特性。由于该结构对于温度的传感比较灵敏，采用对温度进行分段测量方案，实现50-90℃，500-570℃的温度传感研究。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及发展

1.3 光纤干涉仪的分类

1.4 研究的主要内容

第2章 干涉仪工作原理及传感原理

2.1 M-Z干涉仪工作原理

2.2 光纤传感原理

2.3 菲涅尔反射的原理

第3章 类花生型Mach-Zenhder干涉仪

3.1 类花生型Mach-Zenhder干涉仪模型

3.2 类花生型Mach-Zenhder干涉仪制作

3.3 类花生型Mach-Zenhder干涉仪折射率传感特性研究

3.4 小结

第4章 类花生型Michelson干涉仪

4.1 类花生型Michelson干涉仪模型

4.2 类花生型Michelson干涉仪的制作

4.3 类花生型Michelson干涉仪折射率传感特性研究

4.4 类花生型Michelson干涉仪的温度传感特性研究

4.5 小结

第5章 阵列凸包型Michelson干涉仪

5.1 阵列凸包型Michelson干涉仪模型

5.2 阵列凸包型Michelson干涉仪制作

5.3 空间频率的详解

5.4 阵列凸包型Michelson干涉仪折射率传感特性研究

5.5 阵列凸包型Michelson干涉仪温度传感特性研究

5.6 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢