基于空心光纖的Fabry-Perot干涉儀及其傳感應(yīng)用研究.pdf

1、光纖法布里-珀羅（Fabry-Perot，F(xiàn)-P）干涉儀在受到軸向應(yīng)力、溫度和彎曲等外界作用時(shí)，會(huì)引起F-P腔長(zhǎng)度和折射率的變化，從而導(dǎo)致干涉光的光程差發(fā)生變化，利用這一特性可將其用于傳感測(cè)量。如今，全光纖、集成化、多參量測(cè)量等已成為光纖F-P傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向，本文將對(duì)基于空心光纖的F-P干涉儀的傳感原理及其傳感特性進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文首先介紹了空心光纖和光纖F-P干涉儀的研究動(dòng)態(tài)及其應(yīng)用，然后對(duì)傳統(tǒng)光

2、學(xué)F-P干涉儀和光纖F-P干涉儀的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)光纖F-P干涉儀的傳感特性進(jìn)行系統(tǒng)分析。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制作出了兩種基于空心光纖的新型光纖F-P干涉儀（空氣腔和石英腔級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)光纖F-P干涉儀，基于偏心光纖的空氣腔F-P干涉儀）。最后分別對(duì)這兩種干涉儀的傳感特性進(jìn)行了測(cè)量和分析。
　　空氣腔和石英腔級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的光纖 F-P干涉儀（FPI）的是通過(guò)在空心的環(huán)形芯光纖上經(jīng)過(guò)多次放電，使之塌縮并形成級(jí)聯(lián)的空氣腔和石英腔。由于

3、傳感部分位于光纖中部而不像傳統(tǒng)光纖F-P干涉儀那樣位于光纖末端，所以更易于軸向應(yīng)力的測(cè)量；采用FFT變換得到復(fù)合干涉的空間頻譜，從空間頻譜中辨別并選出兩個(gè)F-P腔的空間頻率峰，對(duì)復(fù)合干涉的其他分量進(jìn)行濾波等處理，再經(jīng)反FFT得到兩個(gè)F-P腔的干涉條紋信息。分別對(duì)這種光纖F-P干涉儀（FPI）的溫度和應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，結(jié)果表明空氣腔部分對(duì)軸向應(yīng)力敏感而對(duì)溫度不敏感，石英腔部分與空氣腔相比則具有較高的溫度靈敏度和較低的應(yīng)力靈敏

4、度，實(shí)驗(yàn)上證明了這種級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的光纖F-P干涉儀具備同時(shí)測(cè)量軸向應(yīng)力和溫度的能力。
　　基于偏心光纖的空氣腔F-P干涉儀是將偏心光纖、空心光纖和多模光纖進(jìn)行熔接處理，從而形成空氣F-P腔。通過(guò)分析其溫度和彎曲的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，由于空氣F-P腔的長(zhǎng)度較大且空氣的熱光系數(shù)較低，所以其對(duì)溫度靈敏性較低；而在彎曲測(cè)量時(shí)根據(jù)偏心光纖徑向受力方向的不同，具有不同的彎曲靈敏度。實(shí)驗(yàn)證明這種基于偏心光纖的F-P干涉儀同時(shí)具有很好的溫度穩(wěn)定性