两类典型光纤型SPR传感器的理论模型比较

针对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器:传统型包层腐蚀的镀金属多模光纤传感器、新型镀金属单模光纤光栅传感器,指出其不同的SPR模型处理方法及传感特性。首先,根据传统型SPR光纤传感器的结构特点,利用平板SPR理论给出反射谱特性,同时指出并证明薄膜光学理论在平板SPR结构中与平板SPR理论的等价性。其次,针对新型SPR光纤光栅传感器结构特点,依据模式耦合思想,结合SPW模式特征,提出了光纤光栅SPR结构的理论处理方法,得到了镀金膜三包层LPFG结构的透射谱。最后,对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器的传感特性进行了比较分析,结果表明,两类传感器对环境折射率均具有较高的分辨率,但新型光纤光栅SPR传感器的分辨率高出传统SPR光纤传感器3个数量级。     

小区域腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪传感特性研究

基于尾纤端面镀金属反膜的单根长周期光纤光栅,提出了一种包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪结构,提高了长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度。应用干涉原理,得出了长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪干涉波峰随外界环境折射率的变化关系。并从实验上对腐蚀前的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪和带腐蚀结构的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪的折射率传感灵敏度进行对比。结果表明,包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪反射谱中的干涉峰值对折射率传感的灵敏度得到了显著的提高,对于折射率为1.333和1.352的液体,干涉峰值的移动量从0.9 nm增加到3.4 nm。     

基于侧边抛磨光纤光栅双反射峰的折射率传感器

介绍了一种利用具有双布拉格反射峰效应的侧边抛磨光纤光栅(SPFBG)进行折射率测量的新型光纤折射率传感器.该传感器基于由轮式侧边抛磨法加工而成的侧边抛磨光纤光栅,通过将折射率液覆盖一部分抛磨区的方法在一根光纤光栅上获得两个布拉格反射峰.这两个布拉格反射峰差值与覆盖材料折射率有关,而与光纤光栅所受应力与环境温度无关,因此用这两个布拉格反射峰差值作为测量量对折射率测量,可减小应力与环境温度的影响,实现高精度的折射率传感测量.实验表明,当维持环境温度恒定时,光纤光栅轴向应变在线性变化范围内,该传感器测量折射率时不受应力与温度变化的影响.折射率液在1.4298～1.4479范围内,该传感器的折射率测量分辨率为0.0001.     

基于Matlab平台的光纤SPR光谱特性研究

为了提高光纤表面等离子共振(SPR)传感器的灵敏度,扩大其检测范围,增加其实际使用价值,通过Matlab软件系统研究各可控参数对SPR光谱特性的影响,研究其对应传感灵敏度和动态范围,并创建了基于Matlab软件的图形化可操作界面。结果表明,随着光入射角度的增加,光纤SPR光谱的动态范围向短波长方向移动,其传感灵敏度降低,但是检测范围扩大;随着传感探针所镀金膜的厚度增加,光纤SPR光谱的动态范围向长波长方向移动,其传感灵敏度增加;随着光纤折射率的增加光纤SPR光谱的动态范围向短波长方向移动,其传感灵敏度降低,但是检测范围扩大。且采用不同的金属膜和不同折射率的光纤,光纤SPR光谱的动态范围和灵敏度也会发生变化。此外,还研究了分布式光纤SPR传感器的传感原理,并给出详细的研究数据进行论证,研究结果表明,多通道光纤SPR传感器的传感规律和单通道相同,且灵敏度并没有随着通道数量的增加而降低。     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

膜层参数对长周期光纤光栅传感灵敏度的影响

基于耦合模理论,采用三包层光纤光栅模型,对镀有敏感薄膜的长周期光纤光栅的传感特性进行了分析。当敏感薄膜的光学参数(薄膜折射率和薄膜厚度)发生变化时,长周期光纤光栅传输谱中谐振峰处的透射率不变,但谐振峰会发生平移。进一步对薄膜折射率和薄膜厚度对其传感灵敏度的影响进行数值模拟,得到了结构优化的高灵敏度长周期光纤光栅传感器典型薄膜光学参数值。计算结果表明,该类型传感器对敏感薄膜折射率的分辨率可达10-9。研究结果为高灵敏度长周期光纤光栅传感器的结构优化及其传感应用提供了理论支持。     

基于长周期光纤光栅的折射率传感器

长周期光纤光栅具有制作成本低、无背向反射、结构紧凑等优点,且对外界折射率变化有较高的敏感性,特别适用于折射率传感．简要概括了长周期光纤光栅折射率传感的基本原理,介绍了基于长周期光纤光栅的折射率传感器的研究进展,目前的研究重点集中在克服温度交叉干扰、提高传感精度以及拓宽传感范围的方面,比较了各种方案的优缺点．     

利用预曝光技术制备复合结构光纤光栅传感器

报道利用预曝光技术制备的复合结构光纤光栅传感器。提出利用预曝光技术使某一小段光纤的折射率变大,而后在预曝光部分和未曝光部分的交接处一次性写入光栅,即可得到具有两个透射峰的透射谱。实验研究了该复合结构光纤光栅在温度和应力传感上的应用。实验结果表明,利用该复合结构光纤光栅可以实现温度与应变的同时测量。     

光纤布拉格光栅折射率传感研究进展

在介绍短周期光纤光栅(FBG)和微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)折射率传感原理的基础上,围绕如何提高FBG折射率传感灵敏度,详细论述了腐蚀法和抛磨法两种折射率传感技术方案的研究进展,对比分析了两种方案的优缺点。同时综述了微纳光纤和微纳光纤光栅应用于折射率传感的研究现状,指出了目前研究所面临的技术难题与解决方案,展望了FBG折射率传感技术的发展趋势,可为进一步开展基于光纤光栅器件的折射率传感研究提供参考。     

长周期光纤光栅传感器的研究进展

分析了长周期光纤光栅传感器的工作原理，介绍了目前长周期光纤光栅在温度传感、应力传感、折射率传感、弯曲量传感、扭曲量传感以及电流传感等方面的应用。     

基于倾斜光纤光栅的相对湿度传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅(TFBG)的包层上覆盖着聚乙烯醇(PVA)的空气相对湿度传感器,成功实现了对相对湿度在20～98%RH范围内的监测。研究发现,TFBG的透射功率在20～74%RH和74～98%RH2个相对湿度区域内分别呈现不同的线性变化,敏感度分别为2.52 dBm/%RH和14.95 dBm/%RH,并且在高湿度区有更高的敏感性。     

Relative Humidity Sensor Based on Tilted Fiber Bragg Grating With Polyvinyl Alcohol Coating

A relative humidity (RH) sensor based on tilted fiber Bragg grating (TFBG) is proposed by utilizing polyvinyl alcohol (PVA) as the sensitive cladding film. RH increasing in the PVA coating will result in reduction of refractive index. Due to the TFBG's sensitivity to ambient refractive index, the spectral properties of PVA-coated TFBG are modified under exposure to different ambient humidity levels ranging from 20% to 98% RH. The transmission power of TFBG has different linear behaviors for two different humidity ranges (20%–74% RH and 74%–98% RH), and the sensitivity for each humidity range reaches as high as 2.52 and 14.947 dBm/%RH, respectively. Combining the advantages of optical fiber grating and PVA as a smart material, this design involves simple configuration, low cost, compactness, a small degree of hysteresis, stability, and wide dynamic sensing range as well. Therefore, the sensor could be applied in real-time RH monitoring for normal as well as extremely humid environments.      

Temperature and strain sensing characteristics of the tilted fiber Bragg grating

Theoretical and experimental studies on the tilted fiber Bragg grating (TFBG) temperature and strain sensing characteristics are conducted. The TFBG is stuck to the surface of the beam along the axis direction. When the free end of the beam is forced, both the strain and temperature will induce wavelength shifts. The temperature characteristic of TFBG cladding modes is similar to that of the core mode while the strain characteristics of TFBG core mode and cladding modes are different. A novel method to discriminate the temperature and strain simultaneously is put forward based on TFBG sensing characteristics.     

Linear edge and temperature characteristic of tilted fiber Bragg gratings cladding-mode envelope

In this paper, a system of linear edge filter demodulation based on weakly tilted fiber Bragg gratings in fiber sensor was proposed. The linear edge of the cladding-mode envelope and temperature characteristic between cladding modes and core mode of tilted fiber Bragg grating (TFBG) were experimentally investigated. The results show that falling edge (1505–1535 nm) and rising edge (1545–1565 nm) of the cladding-mode envelope is approximately linear and can be used as an edge filter. Moreover, the temperature characteristics of the core mode and cladding modes are similar to FBG’s. It can dynamically compensate the temperature induced wavelength shift of the FBG and the effect of temperature on the demodulated sensing signals is minimized. The advantages of this simple system are an all-fiber design, quasi static and dynamic operation, high stability and lower cost.     

Refractive index sensor based on measuring the transmission power of tilted fiber Bragg grating

A low-cost, compact and practical method to measure the surrounding refractive index (SRI) is proposed by measuring the transmission power of the tilted fiber Bragg grating (TFBG). The transmission power of the TFBG is detected when the SRI varies from 1.3723 to 1.4532; the power decreases monotonously from ?2.14 dBm to ?3.26 dBm. Under this condition, the resolution of the refractive index of TFBG is predicted to be 10^?4 and the resolution of the concentration of the solution is as slight as 0.01%. Considering its simple configuration and high stability, this way is potential to monitor physical, chemical and biological parameters in the natural environments.     

光纤布拉格光栅的折射率传感研究

采用光纤布拉格光栅制备折射率传感器,研究光纤光栅的折射率传感灵敏度与其包层直径之间的关系。理论分析可得,光栅包层直径越小,Bragg波长的偏移量随环境折射率变化的影响越大,这样就能使实验中光栅所反射的LD光功率变化(传感灵敏度)越明显。利用氢氟酸溶液腐蚀光栅包层的方法,得到不同包层直径的光纤Bragg光栅折射率传感器。实验指出,包层直径减小时,光栅可传感的折射率范围会缩小,而其折射率的传感灵敏度却会增大,如包层直径为8.9 μm时,折射率的检测范围为1.3872~1.4730,其最大灵敏度值达到了224.0320 dBm/RIU。     

45°倾斜光纤光栅及其偏振依赖损耗特性研究

利用扫描相位掩模法在光敏光纤上成功写制了45°倾斜光纤光栅, 为了增加光栅的长度, 采用了在同一光纤上连续拼接写制多段倾斜光栅的技术, 提高了45°倾斜光纤光栅的偏振选择特性。对写制的45°倾斜光纤光栅的偏振依赖损耗特性进行了实验研究, 报道了利用45°倾斜光纤光栅作为偏振元件, 实现了掺铒光纤激光器的线偏振稳定输出, 输出激光的偏振消光比达到30 dB, 证明了45°倾斜光纤光栅具有良好的偏振依赖特性, 作为一种新的偏振元件, 具有光纤化、性能高、结构紧凑以及价格低廉的特点, 具有很大的发展潜力。     

A novel oil level monitoring sensor based on string tilted fiber Bragg grating

In this paper,we present a novel oil level monitoring sensor based on string tilted fiber Bragg grating(TFBG).The measurement range and sensitivity of oil level monitoring can be modulated via changing the length and number of string tilted fiber gratings.The transmission spectrum of string TFBGs immersed in oil changes obviously with the oil level variation.Experiments are conducted on three 2 cm-length serial TFBGs with the same tilted angle of 10o.A sensitivity of 3.28 dB/cm in the string TFBG sensor is ...     

闪耀光纤光栅在ROF系统中的应用

对ROF（radio over fiber,光载射频）系统在应用过程中的调制方式进行了分析,同时通过一系列实验证明单边带调制更适合应用于ROF系统的通信过程。因此,基于闪耀光纤光栅（TFBG,tilted fiber bragg grating）的复耦合模理论对光栅的谱的性能进行了分析和实验,不难发现,经过对TFBG进行特定的设计后,可以将TFBG应用于ROF系统中对双边带信号进行反射或者透射实现单边带调制,这样既减少了输出振幅随着距离的周期性变化,也提高了信号的传输效率和接收灵敏度。