基于双法布里—珀罗结构的光纤传感探头研究

《基于双法布里—珀罗结构的光纤传感探头研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文基于双法布里-珀罗结构的光纤传感探头研究RESEARCHONOPTICALFIBERSENSORSBASEDONDOUBLEFabry-PérotSTRUCTURE葛萌哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文基于双法布里-珀罗结构的光纤传感探头研究研究生：葛萌导师：韩艳华申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：理学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O439U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceR

2、ESEARCHONOPTICALFIBERSENSORSBASEDONDOUBLEFabry-PérotSTRUCTURECandidate：GeMengSupervisor：HanYanhuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：OpticsAffiliation：SchoolofScienceDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要近几十年来，光纤传感器由于其小型化、高精度

3、和易集成等优势受到越来越多的关注。尤其是在光纤端面上采用微加工技术制备的光纤法布里-珀罗干涉（Fabry-Perotinterference，简称FPI）结构在温度和折射率传感领域得到了广泛的研究。由于光纤法布里珀罗干涉仪具有小巧、结构简单、分辨率高、抗磁干扰能力强、可远程监控和高灵敏度等优点，可用于温度、湿度、拉力、弯曲等外界环境参量的测量，所以本文提出利用SU-8胶和PDMS胶等高分子聚合物材料制备光纤法布里珀罗干涉结构的传感器应用于温度、湿度和折射率传感。具体内容如下：提出并制备了一种光纤端面上的双法布里-珀罗腔的反射式干涉结构，应用于温度和折射率传感。这种双法布里-珀罗干涉传感结构采

4、用在光纤端面依次蘸取SU-8胶和PDMS胶并高温固化的制备方法。理论上分析了这种双法布里-珀罗腔结构的温度和折射率的传感特性，并在实验上测量其温度灵敏度和折射率灵敏度，结果显示该双法布里-珀罗结构有良好的线性响应，其温度灵敏度是689.68pm/ºC（基于波长移动测量，温度测量范围20ºC~75ºC），折射率灵敏度是-147.04dB/RIU（基于波峰能量的变化测量，折射率测量范围1.335~1.355）。这种微型化、高灵敏度的双法布里-珀罗探头对温度和折射率同时传感时，具有极低的交叉灵敏度。在此结构的基础上，将一层聚酯乙烯醇（简称PVA）的亲水材料涂在PDMS表面上可以实现环境湿度监测。提

5、出并制备了内腔封装液体的法布里-珀罗干涉结构，应用于高灵敏度的温度和角度传感。一种是封甘油溶液的双法布里-珀罗腔干涉的温度传感器，另一种是甘油包裹“柱状”的单法布里-珀罗腔的温度传感器。通过在单模光纤端面熔接一段空芯光纤管，将甘油灌入空芯光纤中，再用PDMS胶封住制备而成。它们的灵敏度响应在实验上都表现出了良好的线性关系。第一种样品是柱状法布里-珀罗腔结构探头在实验上测得的灵敏度是2.993nm/ºC，其线性度为99.131%。为提高传感灵敏度，我们提出了第二种双法布里-珀罗封甘油溶液探头，在实验上测得的温度灵敏度为4.823nm/ºC，线性度是99.699%，其对弧度传感的灵敏度为-31.

6、5nm/rad，线性度为99.986%。关键词：光纤传感，法布里珀罗干涉，聚合物材料，温度，折射率-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractInrecentyears,fiberFabry-Pérotinterferometers(FPIs)playanimportantroleinsensingbecauseoftheoutstandingadvantages,suchascompactsize,single,abilityofhighresolution,immunitytoelectromagneticradiation,highsensitivityandremotemon

7、itoring.FiberFabry-Pérotinterferometersbasedsensorshaveattractedmoreattentionsforgreatpotentialapplications,includingmonitoringrefractiveindex,temperature,humidity,strainandbending.Accordingtothepropertieso