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．     

镀膜长周期光纤光栅双峰谐振折射率传感特性

基于严格的相位匹配公式,在充分考虑材料色散的基础上,详细研究了镀膜长周期光纤光栅的双峰谐振效应.研究发现,随着环境折射率的变化,发生谐振的双峰也发生变化,且变化趋势相反.给出了镀膜长周期光纤光栅双峰谐振波长之间的距离随环境折射率变化的关系,并与普通长周期光纤光栅的同等情形进行了比较,发现镀膜长周期光纤光栅的双峰谐振能够极大提高长周期光纤光栅的折射率灵敏度.但由于发生双峰谐振需要的包层模式次数较高,故其探测范围比应用低次耦合的单峰探测范围要窄.     

折射率非线性调制的双重光纤光栅特性

利用耦合模理论 ,系统分析了双重光纤光栅在折射率深度调制或非线性调制情况下的光谱特性。结果发现 ,在折射率非线性调制情况下 ,双重光纤光栅具有规则的多波长反射特性 ,同时 ,其反射光谱中的二次谐波也变得非常强 ,因此 ,它是一种实现多通道波分复用器、分插复用器及多波长激光器等的潜在技术。     

飞秒直写长周期光纤光栅及其液体折射率特性研究

利用800 nm飞秒激光在未经载氢处理的HI1060光纤中制作了长周期光纤光栅(LPFG).采用逐线刻写方式实现了谐振波长为1 548.4 nm的LPFG,谐振强度为12 dB,栅区长度小于4 mm.使用不同折射率的氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液分别对LPFG的折射率特性进行了测试和研究.实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液中的折射率灵敏度分别为175.34、175.31和331.89 nm/RIU.实验结果表明,这种基于飞秒激光制作的LPFG对液体折射率变化有较高的灵敏度,可用于液体折射率传感测试.     

长周期光纤光栅三层结构折射率梯度响应特性研究

基于模式耦合理论和传输矩阵法,使用三层结构圆光波导模型对长周期光纤光栅(LPFG)包层模(HE14)的响应特性进行仿真和分析。通过对比分析外部环境折射率呈梯度分布时与呈均匀分布时的LPFG透射谱,发现谱线中除了损耗峰发生漂移以外,主峰左侧旁瓣深度增加,主峰右侧旁瓣深度减小,且随外部环境折射率的升高,这种变化趋势愈加明显,分析了透射谱发生相应变化的原因。研究结果对使用LPFG进行折射率梯度传感设计具有一定意义。     

改性纳米二氧化钛修饰长周期光纤光栅的折射率传感特性

为进一步提高长周期光纤光栅(LPFG)的折射率灵敏度,制作了改性纳米二氧化钛粒子(TiO2)修饰LPFG的传感器.利用TiO2表面水解后产生的羟基与聚丙烯酸上的羧基结合实现对其表面进行改性,通过共价键结合方式将改性后纳米TiO2粒子固定在光栅表面构成TiO2-LPFG传感器.实验研究了该传感器对折射率和温度响应特性.结...     

基于周期压力单模光纤长周期光栅的折射率传感特性研究

利用交替放置的两个相同周期性刻槽板,对放置于套管中的单模裸纤和待测媒质施力,形成了具有复合光波导结构的长周期光纤光栅(LPFG)。实验研究了不同折射率待测媒质对LPFG传输谱的影响。结果表明:复合波导光栅的光谱呈现双谐振峰现象,且中心谐振波长随待测媒质折射率增大向短波长方向移动;包层模阶次越高,其中心谐振波长移动量越大。当折射率从1.33变化到1.43时,LP14包层模的中心谐振波长变化了7.2nm,所对应的传感器折射率灵敏度约为2.78×10-4 RIU。     

长周期光纤光栅对外界折射率的敏感性

研究了长周期光纤光栅对外界折射率的敏感特性,包括耦合波长和耦合系数随外界折射率变化的情况。运用耦合模理论,通过理论分析计算和实验测试,给出了在外界折射率小于、接近和大于光栅包层折射率等不同情况下,耦合波长和耦合系数随外界折射率变化的规律。     

环境折射率对长周期光纤光栅谐振波长的影响

长周期光纤光栅是近几年出现的新型光纤器件,表现为前向传播的纤芯导模与同向传播的各阶次包层模在特定波长时的模式耦合,因此它在温度、应变、折射率传感方面比普通的光纤光栅有更大的优越性.运用耦合模理论,首先讨论了长周期光纤光栅的谐振波长,并模拟了其透射谱.其次在理论上详细分析了长周期光纤光栅对环境折射率的敏感特性,讨论了环境折射率敏感度因子与包层模次数的关系,并比较了不同环境折射率下的灵敏度.最后模拟了在环境折射率小于光栅包层折射率的情况下,谐振波长随环境折射率变化的规律.     

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。     

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。     

改变光栅折射率实现双波长采样光栅的方法

提出了一种新的基于采样光纤布拉格光栅(FBG)的双峰(DW)滤波器实现方法。通过改变采样之间的直流折射率,在FBG中引入相移;利用占空比为1的余弦函数采样,抑制除±1级以外的所有波长通道。该设计制作方法具有波长设计灵活、制作精度要求低与成本低的优点。对均匀直流相移光栅、采样直流相移光栅与传统离散相移光栅进行了比较与实验制作,结果与理论相吻合。实现了波长间隔为0.08 nm的DW滤波器,证明了该方法的可行性。     

基于长周期光纤光栅的可调谐光滤波器设计

分析了长周期光纤光栅(LPFGs)透射谱受外界环境折射率变化影响的特性及其原理,进而提出了一种新型的可调谐光滤波器的设计思路．并运用分段光栅的矩阵分析法对其进行了具体的计算。此种光滤波器具有滤波精度高、可实现滤波波长和深度单独、连续调谐及全光纤性等优点,滤波波长调谐范围可达15nm,衰耗深度调谐范围达9dB。     

长周期光纤光栅的一种温度补偿方法

研究了长周期光纤光栅的温度和应变特性,发现其透射中心波长随温度升高向长波方向漂移,随应变增大向短波方向漂移。根据这一特点,采用有机玻璃材料封装这一简单而有效的方法来补偿长周期光纤光栅中心波长随温度的漂移,补偿后的温度漂移系数减小到仅为3.7 pm/℃,有效地抑制了温度变化对中心波长漂移的影响,大大提高了用长周期光纤光栅测量液体折射率等物理量的精确度。     

氧化石墨烯修饰的色散拐点长周期光纤光栅的折射率传感特性

研究了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)修饰的色散拐点长周期光纤光栅(Dispersion-Turning-Point Long Period Fiber Grating,DTP-LPFG)传感器,分析了其光谱特性及对外部折射率的灵敏度特性。利用准连续KrF激光器在载氢单模石英光纤上制作周期约为136μm的DTP-LPFG,采用氢键结合的方式将GO涂覆于光栅表面,构成基于GO修饰的DTP-LPFG传感器。实验结果表明:随着GO在DTP-LPFG表面的沉积,其双谐振峰的左峰发生蓝移,右峰发生红移,双峰间距增大;在1.33~1.38折射率范围内,该传感器在涂覆GO后,谐振双峰间距变化量的折射率灵敏度约为831.89nm/RIU,较未修饰GO的DTP-LPFG提高了1.05倍。     

腐蚀型FBG在非均匀液相介质下的数值响应特性

基于光波导理论和传输矩阵法,研究了光纤Bragg光栅(FBG)折射率传感器在非均匀液相介质下的响应特性。在数值计算中,分别考虑高折射率区(1.42～包层折射率)和低折射率区(1.33～1.36)两种情况,并假设非均匀液相介质的折射率分布为线性函数,仿真结果表明,FBG的反射谱特性强烈依赖于介质折射率分布函数的某些特征参数,比如折射率沿FBG轴向的分布梯度、折射率在FBG两端的差值。研究结果对FBG折射率传感器在生化传感中的应用具有一定意义。