单腔和双腔混合光纤Fabry-Perot干涉仪的传感特性研究.pdf

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1、博士学位论文单腔和双腔混合光纤Fabry-Perot干涉仪的传感特性研究RESEARCHONSENSINGCHARACTERISTICSOFSINGLE-CAVITYANDDUAL-CAVITYHYBRIDFIBER-OPTICFABRY-PEROTINTERFEROMETER吴泳锋哈尔滨工业大学2018年3月国内图书分类号：O436.1学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学博士学位论文单腔和双腔混合光纤Fabry-Perot干涉仪的传感特性研究博士研究生：吴泳锋导师：掌蕴东教授申请学位：

2、工学博士学科：物理电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O436.1U.D.C:535DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONSENSINGCHARACTERISTICSOFSINGLE-CAVITYANDDUAL-CAVITYHYBRIDFIBER-OPTICFABRY-PEROTINTERFEROMETERCandidate：YongfengWuSupervisor

3、：Prof.YundongZhangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：March,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要光纤传感器具有结构简单紧凑、抗电磁干扰能力强、灵敏度高等诸多优点，被广泛应用于许多传感领域，例

4、如温度、应变、横向压力、折射率传感等等。在诸多光纤传感器中，光纤Fabry-Perot干涉仪传感器有其独特的优点，可以实现温度非灵敏、温度高灵敏、双参数同时测量以及具有稳定性好等优点，因此光纤Fabry-Perot干涉仪传感器发展非常迅速。本文基于光纤Fabry-Perot干涉仪传感特性进行研究，主要的研究内容如下：首先，本文回顾了光纤干涉仪传感器研究的发展历程，具体分析了光纤Fabry-Perot干涉仪传感器的研究现状。通过对光纤Fabry-Perot干涉仪传感器的研究现状分析，了解目前光纤Fabry-P

5、erot干涉仪传感器存在一些不足之处。其次，目前报道的双腔混合结构光纤Fabry-Perot干涉仪需要经过特殊处理才能实现横向压力灵敏和温度非灵敏特性。为了解决应用不方便的问题，本文通过熔接方法制作了一种大尺寸空气泡腔光纤Fabry-Perot干涉仪。这种空气泡腔光纤Fabry-Perot干涉仪可以实现横向压力灵敏和温度非灵敏特性，同时还可以应用于应变传感。在传感应用中不需要经过特殊处理，应用非常方便。另外，闭腔式光纤Fabry-Perot干涉仪应用于应变传感已经被大量报道，而开腔式光纤Fabry-Pero

6、t干涉仪应用于应变传感很少被研究。本文研究了开腔式光纤Fabry-Perot干涉仪的应变特性，基于大横向偏置熔接形成开腔式光纤Fabry-Perot干涉仪的应变灵敏度高于普通的闭腔式光纤Fabry-Perot干涉仪。同时，这种开腔式光纤Fabry-Perot干涉还可以应用于折射率传感。开腔式光纤Fabry-Perot干涉仪在应变传感应用时，为了避免外围环境的影响，可以用弹性胶把其密封到SiO2微管里面。同时，这种封装方法对应变灵敏度影响很小。此外，各种类型的双腔混合结构光纤Fabry-Perot干涉仪已经被

7、应用到各种双物理量同时传感领域，比如同时测量温度和压强、温度和折射率、以及温度和应变等。但是对于双腔混合结构光纤Fabry-Perot干涉仪应用于同时测量横向压力和温度还没有被报道。本文提出了一种新型空气泡腔和SiO2腔双腔混合结构光纤Fabry-Perot干涉仪结构，可以实现同时测量横向压力和温度，而目前双腔混合结构光纤Fabry-Perot干涉仪应用于同时测量横向压力和温度还没有被报道。最后，目前报道应用于同时测量应变和温度的双腔混合结构光纤Fabry-Perot干涉仪，其应变灵敏度仅为5.18pmμε

8、，应变灵敏度非常低。本文提-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文出了一种新型开腔和SiO2腔双腔混合结构光纤Fabry-Perot干涉仪结构，可以实现同时测量应变和温度。这种结构的应变灵敏度高达28.95pmμε，比目前报道的同时测量应变和温度的双腔混合结构光纤Fabry-Perot干涉仪的应变灵敏高出5倍。本文的研究工作改善了目前光纤Fabry-Perot干涉仪传感器研究的一些不足，提升了光纤Fabry-Pero