基于空芯光纤锥的马赫—曾德尔干涉仪传感器研究

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1、基于空芯光纤锥的马赫-曾德尔干涉仪传感器研究ResearchonMach-Zehnderinterferometersensorbasedontaperedhollowopticalfiber作者姓名：朱聪聪专业名称：微电子学与固体电子学指导教师：夏虹教授学位类别：理学硕士答辩日期：2015年06月02日基于空芯光纤锥的马赫-曾德尔干涉仪传感器研究摘要自光纤问世以来，光纤传感和光纤通信技术便应运而生并迅猛发展起来，其中光纤传感器相比于传统电子传感器具有尺寸小、质量轻、响应快、耐腐蚀、本质绝缘、抗电磁干

2、扰等优点而得到广泛应用。近几年，作为光纤传感器的重要组成部分，各种新奇结构或创新机理的光纤马赫-曾德尔（M-Z）干涉仪传感器被研究出来以满足人们的各种需求，比如具有结构紧凑或传感灵敏度高等特点的传感器。本论文用熔融拉锥技术制作了基于空芯光纤锥（HOFT）的M-Z干涉仪光纤传感器，即通过先把一段空芯光纤（HOF）熔接到两段普通石英光纤（SMF）中，然后在HOF中间熔融拉锥形成HOFT而制成的。在熔接和拉锥的过程中由于热效应会导致在放电区域的HOF的空气孔塌陷，HOF与SMF熔接的两个塌陷区域主要起到模式

3、耦合和再耦合的作用，HOF中间的塌陷区域则起到增强干涉的作用。这种SMF-HOFT-SMF结构的M-Z干涉仪的HOF长度仅有2mm、锥腰直径为66.5µm，因此器件结构紧凑、机械强度较大。我们对器件的折射率（RI）传感特性进行了详细的实验探究，发现器件的折射率灵敏度随折射率的增加呈现指数增加的关系，对于波长在1440nm处的干涉峰，在折射率从1.4406到1.4458的范围内，最大灵敏度达到7041.21nm/RIunit(RIU)，所以该器件的折射率灵敏度较高。另外，我们对器件的应力和温度的传感响应

4、特性也进行了测试，在应力0~1N范围内灵敏度为-6.26nm/N，在温度30℃~100℃范围内灵敏度仅有9.8pm/℃，所以该器件的温度交叉灵敏度较低。由于器件结构紧凑、容易制备、制作成本低、折射率灵敏度高、温度交叉灵敏度低等优点，使其在生物、化学和物理传感领域都有潜在的应用前景。关键词：光纤传感器，光纤马赫-曾德尔（M-Z）干涉仪，空芯光纤IResearchonMach-ZehnderinterferometersensorbasedontaperedhollowopticalfiberAbstra

5、ctOpticalfibersensingandopticalfibercommunicationtechnologyhavebeenrapidlydevelopedsincetheadventoftheopticalfiber,andtheopticalfibersensorshavebeenwidelyusedduetotheyhavethemeritsofsmallsize,lightweight,fastresponse,corrosionresistance,insulationandele

6、ctromagneticimmunitywhencomparedtothetraditionalelectronicones.Inrecentyears,variousfiberopticalMach-Zehnderinterferometersensors,whichareimportantcomponentsofthefibersensors,withnovelstructuresorinnovativemechanismshavebeendevelopedtofulfillthedemandso

7、fthepeople,suchasthesensorswiththecharacteristicsofcompactstructureorhighsensitivity.Inthispaper,wedemonstratedthefabricationofacompactfiberMach-Zehnder(M-Z)interferometerfibersensorbasedonahollowopticalfibertaper(HOFT)fabricatedbythetaperingtechnique,i

8、.e.,wefirstsplicedahollowopticalfiber(HOF)betweentwosegmentsofsinglemodefibers(SMFs)andthentaperedtheHOFinthemiddle.Duringthesplicingandtaperingprocesses,theairchanneloftheHOFaroundthedischargingregionswascollapsedbecauseofthehea