基于長周期光纖光柵的溶液濃度光纖傳感器研究.pdf

1、溶液濃度是表征介質(zhì)溶液特征的重要物理參數(shù)之一，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要的計量意義和監(jiān)測價值，光纖傳感技術(shù)以其靈敏度高、體積小、易于遠(yuǎn)距離傳輸、能夠?qū)崿F(xiàn)實時傳感、適用于惡劣環(huán)境等優(yōu)勢在溶液濃度傳感領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，受到了眾多的關(guān)注。目前溶液濃度光纖傳感主要是利用溶液濃度在一定范圍內(nèi)與折射率的線性關(guān)系來間接實現(xiàn)溶液濃度測量。由于長周期光纖光柵(Long Period FiberGrating，LPFG)具有對于外界環(huán)境比較敏感

2、、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等特點，本文重點研究了基于LPFG的溶液濃度光纖傳感器，主要工作如下:
　　首先，查閱了大量文獻，對國內(nèi)外利用光纖進行溶液濃度傳感的方法進行了總結(jié)，分析了各種溶液濃度傳感器的優(yōu)缺點，在前人研究基礎(chǔ)上，以低成本、實用性為宗旨，提出了兩種基于LPFG的測量溶液濃度簡單有效的方法。
　　其次，對LPFG進行了理論分析與研究，包括LPFG耦合模式理論、LPFG的制備方法與形成機理等，并利用Matlab程

3、序仿真分析了LPFG的光譜特性以及折射率傳感特性，得到了LPFG各個參數(shù)對于其透射光譜以及折射率傳感特性所造成的影響，為設(shè)計LPFG溶液濃度傳感器奠定了基礎(chǔ)，對于LPFG溶液濃度傳感器的最優(yōu)化設(shè)計以及實際應(yīng)用具有理論指導(dǎo)意義。
　　第三，針對LPFG雙峰諧振效應(yīng)在溶液濃度傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，進行了相關(guān)的理論與仿真分析，對其周期以及模式等參數(shù)的選擇進行了詳細(xì)的討論，得到了靈敏度遠(yuǎn)高于普通LPFG傳感器的性能最優(yōu)化設(shè)計方案。相比于普通LP

4、FG傳感器僅有的45nm/RIU靈敏度，基于雙峰諧振效應(yīng)的傳感器靈敏度可以高達(dá)1500nm/RIU，大大提高了溶液濃度傳感器的靈敏度。
　　最后，實驗研究了級聯(lián)拉錐結(jié)構(gòu)的LPFG傳感器特性，并利用腐蝕包層的方法對其進行優(yōu)化設(shè)計，得到了性能明顯優(yōu)于普通LPFG的溶液濃度傳感器。經(jīng)過級聯(lián)拉錐以后的LPFG傳感靈敏度達(dá)到了147nm/RIU，進一步經(jīng)過包層腐蝕處理以后靈敏度則可以達(dá)到202 nm/RIU，是普通LPFG傳感器靈敏度7倍甚