在纖式Michelson干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)研究.pdf

1、在纖式Michelson干涉?zhèn)鞲衅鲬{借體積小、成本低、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn),成為光纖傳感領(lǐng)域備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的全光纖Michelson干涉式傳感器,在纖式Michelson干涉?zhèn)鞲衅鞑粌H可以解決參考光纖和傳感光纖對(duì)外界環(huán)境感應(yīng)不一致的缺點(diǎn),更具有穩(wěn)定性好、封裝方便等優(yōu)點(diǎn)。本文主要研究了兩種不同結(jié)構(gòu)的在纖式Michelson干涉儀,結(jié)合納米磁性材料和光子晶體光纖分別設(shè)計(jì)了磁場(chǎng)傳感器和折射率傳感器。本文內(nèi)容主要包括:
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2、理論分析全光纖Michelson干涉?zhèn)鞲衅鞯幕驹砑捌鋫鞲性?提出兩種不同結(jié)構(gòu)的在纖式Michelson干涉?zhèn)鞲衅鳌＠霉馐鴤鞑シ▽?duì)兩種光纖Michelson傳感器進(jìn)行光學(xué)仿真,結(jié)果表明單側(cè)幾何形變結(jié)構(gòu)和光子晶體光纖(PCF)熔融區(qū)域具有分光和合光作用。分析兩種結(jié)構(gòu)的參數(shù)對(duì)傳感器的影響,了解到第一種結(jié)構(gòu)中纖芯傳輸基模至單側(cè)幾何形變區(qū)域激發(fā)的主要是非對(duì)稱包層模式,第二種結(jié)構(gòu)中PCF熔融區(qū)域長(zhǎng)度為170μm時(shí)能夠激發(fā)高階包層模式且保持模

3、場(chǎng)能量穩(wěn)定,為傳感器的制作和實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)。
　?、诶酶哳lCO2激光器對(duì)單模光纖單側(cè)掃描制作在纖式Michelson干涉?zhèn)鞲衅鳌７治霾煌瑐鞲斜坶L(zhǎng)度對(duì)干涉譜的影響。利用磁流體折射率可控性結(jié)合傳感器制作磁場(chǎng)傳感器并進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。磁場(chǎng)范圍為0mT-110mT時(shí)磁場(chǎng)傳感器的靈敏度為3.2pm/mT。理論分析測(cè)量結(jié)果,根據(jù)分析結(jié)果利用氫氟酸腐蝕傳感臂直徑,適當(dāng)增大高階包層模在外界環(huán)境中的消逝場(chǎng),優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu),提高磁場(chǎng)靈敏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果表明當(dāng)包層直徑從125μm腐蝕到50μm時(shí),傳感器的磁場(chǎng)靈敏度最高。結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的磁場(chǎng)傳感器靈敏度為74.9pm/mT,比未優(yōu)化前的靈敏度提高了約23倍。
　?、弁ㄟ^(guò)熔接機(jī)選擇優(yōu)化參數(shù)熔接單模光纖與 PCF,兩光纖之間的熔融區(qū)長(zhǎng)度為170μm。再利用熔接機(jī)對(duì)PCF另一端放電塌陷熔融形成球形反射面,制作基于PCF的Michelson干涉?zhèn)鞲衅鞑?duì)傳感器進(jìn)行折射率測(cè)量實(shí)驗(yàn)。折射率在1.325-1.375的范圍內(nèi),干涉條紋隨著待測(cè)液體折