基于磁流体填充微结构光纤和模式耦合的光纤传感技术

摘要

光纤传感技术作为传感领域内最具活力与应用前景的一门技术，近几年来得到人们的广泛研究。随着光纤制造工艺的日益成熟，具有多种结构不同特性的微结构光纤被拉制成功，不断推动着光纤传感技术的蓬勃发展。微结构光纤中空气孔的引入，为其与功能材料的结合提供了可能，大大拓展了光纤传感技术的应用领域。与此同时，基于模式耦合的光纤传感的思想，进一步提高了光纤传感的灵敏度，促进了传感器件的小巧化，降低了成本，使光纤传感技术日益走向完善。
　　 本文围绕着功能材料填充微结构光纤和光纤模式耦合这两种光纤传感技术展开研究，主要内容包括：⑴研究了基于磁流体填充的微结构光纤的导光特性。结合磁流体的热光效应，提出了基于填充的微结构光纤的强度调制型温度传感器；通过理论模拟，对填充磁流体微结构光纤的磁场敏感特性进行了研究，分析了磁场对微结构光纤导光特性的影响。⑵在填充磁流体的微结构光纤上写制LPG。对微结构光纤光栅进行了温度特性研究，分析了不同结构光纤以及磁流体吸收峰对光栅温度特性的影响。理论模拟了LPG相位匹配曲线随磁场的变化以及磁场对LPG谐振波长的调谐曲线。⑶提出了基于LPG表面修饰琼脂糖的空气相对湿度传感器。结果表明在不同相对湿度范围内，该LPG具有谐振波长和功率的双重响应，并对其传感原理进行了深入的分析。⑷设计了基于级联微槽的M-Z模间干涉仪，并对其温度、应力、弯曲等传感特性进行了探究，该光纤干涉仪具有结构简单、干涉长度容易精确控制、传感性能良好等优点。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

第一节 光纤传感技术概述

第二节 基于功能材料填充微结构光纤的传感技术研究

1.2.1 微结构光纤简介

1.2.2 功能材料及其光学特性

1.2.3 液态功能材料填充技术

1.2.4 基于功能材料填充微结构光纤的传感技术

第三节 基于光纤模式耦合的传感技术研究

1.3.1 光纤中模式耦合的实现原理及方式

1.3.2 基于光纤模式耦合的传感技术

第四节 本文研究内容及创新点

第二章 基于磁流体填充微结构光纤的特性研究

第一节 基于磁流体填充的微结构光纤的制备及导光特性研究

2.1.1 实验材料简介

2.1.2 微结构光纤的填充及熔接技术

2.1.3 磁流体填充微结构光纤的透射谱分析

2.1.4 磁流体填充长度、浓度以及光纤截面结构对透射谱的影响

第二节 温度传感特性研究

2.2.1 温度传感实验及结果分析

2.2.2 磁流体填充长度对温度灵敏度的影响

第三节 磁场传感特性理论研究

2.3.1 磁流体填充对微结构光纤导光性能的影响

2.3.2 光纤模式的有效折射率的磁场响应

2.3.3 光纤传输损耗的磁场响应

第四节 本章小结

第三章 基于磁流体填充的微结构光纤光栅的特性研究

第一节 微结构光纤光栅的写制及透射谱分析

3.1.1 磁流体填充柚子型微结构光纤的LPG

3.1.2 磁流体填充六角形空气孔微结构光纤的LPG

第二节 微结构光纤LPG的温度传感特性研究

3.2.1 磁流体填充柚子型微结构光纤LPG的温度特性

3.2.2 磁流体填充六角形空气孔微结构光纤LPG的温度特性

第三节 微结构光纤LPG磁场传感特性理论研究

3.3.1 磁流体填充微结构光纤LPG的相位匹配曲线

3.3.2 LPG相位匹配曲线的磁场响应

3.3.3 磁流体填充微结构光纤LPG的磁场响应

第四节 本章小结

第四章 基于LPG表面修饰琼脂糖的空气相对湿度传感器

第一节 琼脂糖湿度敏感材料特性

第二节 LPG空气相对湿度传感器的制作及传感机理

第三节 LPG空气相对湿度传感器的特性及结果分析

第四节 本章小结

第五章 基于模间干涉的Mach-Zehnder光纤干涉仪

第一节 Mach-Zehnder光纤干涉仪原理

第二节 干涉仪的制作和干涉条纹分析

第三节 传感特性研究和结果分析

5.3.1 温度传感特性

5.3.2 应力传感特性

5.3.3 矢量弯曲传感特性

第四节 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及科研成果