均分直槽微结构光纤光栅磁场传感器

对微结构光纤磁场传感器的增敏性能进行研究, 设计了一种基于飞秒激光微加工的均分直槽型微结构光纤磁场传感器。 利用飞秒激光在刻有光纤布拉格光栅(FBG)的单模光纤(SMF)包层上刻蚀均分直槽微结构, 并采用HF溶液清除直槽内的残留碎屑和 应力集中点,随后用磁控溅射技术在加工部位溅射一层磁致伸缩薄膜TbDyFe。当外界磁 场强度变化时,通过观测传感器中心 波长的变化可实现对磁场强度的测量。直槽微结构能减小光纤横截面积,改善光纤轴向伸缩 性能,增大薄膜附着表面积,从而 提高传感器探头灵敏度。理论分析了直槽微结构提高传感器性能的工作原理,介绍了传 感器探头的制备工艺和性能影响因 素,给出了不同参数传感探头的磁场测试结果。实验结果表明,利用飞秒激光加工直槽微结 构能明显改善传感器探头灵敏度, 其中直槽个数对性能影响最为明显;相对于无微结构传感器探头,有微结构光纤探头灵敏度 最高可提升3.8倍。     

基于细芯光纤马赫-曾德干涉和曲率修正模型的高灵敏度光纤曲率传感器

提出了一种基于细芯光纤结合Mach-Zehnder干 涉仪的高灵敏度曲率传感器,传感头由一段细 芯光纤嵌入在两段的单模光纤中错位熔接而成。当干涉仪受到弯曲作用时,由于细芯光纤和 单模光 纤的错位熔接,使得纤芯和包层模光强度产生损耗,在一定曲率范围内使得纤芯和包层模光 强度更 加接近而导致干涉增强,通过研究特定干涉峰的干涉强度相对于曲率的变化关系,可以实现 光纤曲 率传感。为了增加曲率的校准精度,提出了一种基于悬链线法的光纤弯曲的曲率修正模型。 实验结 果表明:利用曲率修正模型修正后,在9.15m－1到11.02m－1的范围内的曲率测量灵敏度达到 142.28dB/m－1。这种基于强度变化的低成本、高灵敏曲率传 感器,具有广阔的应用前景。     

基于偏芯结构的光纤弯曲传感器及其特性研究

提出了一种基于偏芯熔接(COJ)结构的光纤弯曲传感器。传感器利用COJ结构,将部分纤芯光耦合到包层中形成包层模,在输出端与纤芯模进行耦合形成干涉,并通过探测输出光谱的波长漂移对曲率进行探测。理论和实验表明,本文结构的弯曲传感器具有较好的弯曲灵敏度以及较好的线性响应曲线,对长为55.6mm的传感器,其弯曲灵敏度为-6.9nm/m-1;传感器长度会影响传感器的弯曲灵敏度,长度越长,弯曲灵敏度越大。     

一种新型微结构高灵敏度光纤温度传感器

为实现高精度温度检测,提出一种基于飞秒激光微加工的新型光纤温度传感器的制备方法。利用波长为780nm的飞秒激光脉冲在刻写有光纤布拉格光栅(FBG)的单模光纤(SMF)包层上加工槽状微结构,通过磁控溅射的方法在其表面沉积温敏薄膜,从而制备一种光纤温度传感探头。理论分析了环状微结构镀膜实现温度增敏的工作机制,通过温度实验讨论了不同微结构镀膜对温度增敏效果的影响。实验结果表明,在FBG包层上单纯加工槽状微结构(无镀膜),对温度的灵敏度影响不大,基本上不改变光栅中心波长随温度变化的趋势;加工槽状微结构后再沉积敏感薄膜,可明显提升传感器的温度灵敏度,其中环状膜层较镀膜螺纹膜层微结构的增敏效果更加明显,其灵敏度可达21.37pm/℃。     

基于离轴刻写的FBG包层模式的光纤弯曲传感器

基于光纤光栅(FBG)包层模式,制作了一种弯曲在线监测的全光纤传感器。传感器使用193nm ArF准分子激光器,通过离轴刻栅的方式在15mm单模光纤上刻写的光栅。对该传感器的弯曲和温度变化的响应特性进行了理论分析,并在0~1.2m-1曲率变化范围内,对传感器的弯曲响应特性进行了实验研究,结果表明,随着弯曲曲率的增大,包层模式的强度下降。其对弯曲的响应灵敏度为0.11dB/m-1,线性度为0.996,表现出了它较高的灵敏度和线性度。随着环境温度从25℃变化到60℃,该传感器峰值波长响应灵敏度为0.02nm/℃。结果表明,该型传感器对温度干扰不敏感。由于其结构简单,制作方便,精度高,在油气田管道健康监测领域有较好的应用前景。     

基于单侧几何形变结构的全光纤Michelson干涉高温传感器

利用CO2激光脉冲对标准单模光纤(SMF)单向形成较小的几何形变,把部分基模能量耦合到光纤包层,制作了一种新型的在线型Michelson干涉传感器。理论分析了这种几何微扰激发的包层模特性,并利用芯模-包层模较大的热光系数差,把这种传感器应用于高温测量。实验结果表明,这种干涉传感器的温度灵敏度为0.093 7nm/℃,并且在800℃温度范围内具有良好的线性和重复性。这种制作简单、结构稳定、体积小和灵敏度高的全光纤在线型Michelson温度传感器将具有较大的潜在应用价值。     

长周期光纤光栅与无芯光纤级联的弯曲传感器

在实际工程中,光纤弯曲传感器有很大的市场需求。该文利用长周期光纤光栅与无芯光纤串联在1根光纤上构成传感器,实现对弯曲的传感测量。无芯光纤与长周期光纤光栅级联后,输出的透射谱中产生了大量对弯曲敏感的谐振峰,实验考察了波峰1、2的中心波长随弯曲曲率的变化关系。研究结果表明,波长漂移量与弯曲曲率间存在很好的线性关系,实验测得弯曲灵敏度分别为-12.51 nm/m^-1与-12.504 nm/m^-1。该传感器具有结构简单、弯曲灵敏度高,成本低,重复性好等优点,在大型建筑物与桥梁等弯曲测量领域具有一定的应用价值。     

同时测量弯曲曲率和弯曲方向的长周期光纤光栅传感器

通过实验发现了高频CO2激光脉冲制备的长周期光纤光栅（LPFGs）的弯曲特性具有明显的弯曲方向性：即当其向不同的方向弯曲时,其谐振波长和损耗峰值的变化对应的弯曲灵敏度不同,并且在两个弯曲方向上最敏感,而在另外两个弯曲方向最不敏感。本文根据此独特性质,提出了不仅可以测量弯曲曲率而且可以同时判别弯曲方向的传感器,该弯曲传感器由2个具有弯曲方向相关性的LPFG和1个没有弯曲方向相关性的LPFG组成。结果表明,它克服了其它弯曲传感器只能测量弯曲曲率或只能判别弯曲方向的缺点。     

毛细石英管构成的高灵敏度光纤气压传感器

为实现高精度的气压测量,提出一种利用飞秒激 光微加工技术与光纤熔接技术制作的法布里- 珀罗(FP)干涉仪(FPI)型光纤气压传感器。利用波长800nm的飞秒 激光脉冲在毛细石英管侧壁上加工一微孔, 利用光纤熔接技术把毛细石英管熔接在一段单模光纤(SMF)和一段多模光纤(MMF)之间,制备 出一种光纤气压传 感器。通过改变传感器的FP腔内气压大小,导致FP腔内气体折射率改变,从而引起传感器 的透射 谱线性漂移,通过计算气压变化量与透射谱的谐振峰波长漂移量之间的关系就能够实现传感 器的气 压测量。理论分析了传感器实现气压测量的机理,实验测量了传感器的灵敏度。实验结 果表明, 传感器对周围气压变化的响应较大,透射谱的谐振峰波长随气压线性变化的灵敏度达到4.22nm/Mpa,而传感器对环境温度变化的响应很小,减少了温度对气压 测量的交叉感染。     

内嵌Sagnac干涉结构的光纤环形激光器弯曲传感研究

本文报道了一种基于光纤环形激光器的弯曲传感 器,将基于单模-保偏-单模的光纤Sa gnac干涉结构作为弯曲传感元件和滤波器插入到光纤环形激光器中。光纤Sagnac干涉光谱的 滤波特性受保偏光纤弯曲曲率调制,在激光器环型腔内形成了曲率可调谐的滤波器,通过测 量激光输出能量实现光纤激光器内腔弯曲传感。本文从理论上分析了传感系统的工作原理, 并通过实验验证了高分辨率弯曲传感的可行性。实验结果表明,在0m－1~5.686 m－1曲率 范围内,传感器可达到的最大分辨率为6.5×10－8 m－1。采用激光器内腔强度调制方式,曲 率分辨水平从10－4 m－1提高到了10 －8 m－1。该传感器具有结构简单, 易于制造的特点,在建筑结构健康监测、结构微弯曲角度测量等领域有潜在的应用前景。