线性锥形光纤倏逝波传感器的灵敏度分析

基于拉锥多模光纤的高灵敏度光纤折射率传感器
任琦睿;郭园园;赵彤;王文杰
【期刊名称】《中国科技论文》
【年(卷),期】2016(011)008
【摘要】使用氢氧焰对62.5/125μm芯径的多模光纤进行熔融拉锥,得到拉锥长度30mm,光纤直径3.553 2μm的拉锥多模光纤,以此制作单模-拉锥多模-单模（STMS）光纤结构的折射率（RI）传感器,此结构具有较强倏逝场,对外界折射率反应灵敏。

在室温25℃条件下,将此结构中的拉锥多模光纤伸直并置于腾空状态,用液滴包裹拉锥区域,实验表明,此结构折射率传感器在折射率范围1.341 4~1.358 6内具有1 009.9nm/RIU的灵敏度,可精密监测液体折射率变化。

【总页数】4页(P849-852)
【作者】任琦睿;郭园园;赵彤;王文杰
【作者单位】[1]太原理工大学物理与光电工程学院,太原030024;[2]新型传感器与智能控制教育部重点实验室,太原030024
【正文语种】中文
【中图分类】TN253
【相关文献】
1.高灵敏度镀膜拉锥光纤液体折射率传感器 [J], 石朝霞;胡兴柳;杨忠;叶全意;王彦
2.基于倾斜布拉格光纤光栅的高灵敏度折射率传感器 [J], 石磊;刘云启;宋红亮;邹芳;王廷云
3.基于拉锥多模光纤的高灵敏度光纤折射率传感器 [J], 任琦睿;郭园园;赵彤;王文杰
4.基于光纤气泡级联的高灵敏度马赫曾德干涉液体折射率传感器 [J], 李辉栋;傅海威;邵敏;闫旭;贾振安
5.基于光纤M-Z干涉的高灵敏度液体折射率传感器的实验研究 [J], 周赢武
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高灵敏度光纤应变传感器卢卫涛;张拴民;陈安锋;强伟;王诚;王舰【摘要】提出一种基于锥形光纤和光纤F-P腔组合结构的光纤应变传感器.该传感器包含单模光纤拉锥形成的锥区和石英毛细管构建的F-P腔2个应变敏感区域.理论分析了光波在该传感器中的传播过程,获得了该传感器的光强传输函数.由于锥形光纤中激发出的包层高阶模参与干涉,导致传感器干涉光谱具有调制特性.实验获得了该传感器的干涉光谱,通过分析谐振波长偏移或消光比变化对应变实现独立测量,在0～500 με的测量范围内,该传感器的应变灵敏度为14.6 pm/με.利用锥形光纤引发的模式干涉和F-P腔的双光束干涉效应共同作用形成受调制的干涉谱型进行应变传感,应变灵敏度高,同时具备2种独立的应变检测手段(谐振波长和消光比检测).%A fiber-optics strain sensor based on the composite structure of tapered fiber and fiber Fabry-Pérot(F-P) interferometer was proposed and experimentally demonstrated, which comprised 2 strain sensitive regions,the tapered region formed by single mode fiber taper and the F-P cavity based on the quarts capillary tube.The propagation process of light waves in the sensor was analyzed theoretically,and the light intensity transfer function was obtained.As the cladding high-order mode excited by tapered fiber participated in interference, the interference spectrum of sensor had modulation characteristics.The interference spectrum of sensor was obtained by experiment and the independent measurement was realized by analyzing the resonant wavelength shift or extinction ratio change.Experimental results indicate that the proposed sensor presents a sensitivity of 14.6 pm/με in the measurement range from 0 to 500 με Usingthe modulated interference spectrum formed by the tapered fiber induced mode interference and the double-beam interference of the F-P cavity to conduct strain sensing , the strain sensitivity is high, and 2 kinds of independent strain detection methods (resonant wavelength and extinction ratio detection) can be provided.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)005【总页数】4页(P848-851)【关键词】锥形光纤;F-P腔;应变测量【作者】卢卫涛;张拴民;陈安锋;强伟;王诚;王舰【作者单位】西安应用光学研究所,陕西西安 710065;西安应用光学研究所,陕西西安 710065;西安应用光学研究所,陕西西安 710065;西安应用光学研究所,陕西西安 710065;西安应用光学研究所,陕西西安 710065;西安应用光学研究所,陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TN252Abstract:A fiber-optics strain sensor based on the composite structure of tapered fiber and fiber Fabry-Pérot(F-P) interferometer was proposed and experimentally demonstrated, which comprised 2 strain sensitive regions,the tapered region formed by single mode fiber taper and the F-P cavity based on the quarts capillary tube. The propagation process of lightwaves in the sensor was analyzed theoretically,and the light intensity transfer function was obtained . As the cladding high-order mode excited by tapered fiber participated in interference, the interference spectrum of sensor had modulation characteristics.The interference spectrum of sensor was obtained by experiment and the independent measurement was realized by analyzing the resonant wavelength shift or extinction ratio change. Experimental results indicate that the proposed sensor presents a sensitivity of 14.6 pm/με in the measurement range from 0 to 500 με Using the modulated interference spectrum formed by the tapered fiber induced mode interference and the double-beam interference of the F-P cavity to conduct strain sensing , the strain sensitivity is high, and 2 kinds of independent strain detection methods (resonant wavelength and extinction ratio detection ) can be provided.Key words:fiber-taper; F-P interference; strain measurement光纤应变传感器由于耐腐蚀、对介质的影响小、具有很强的抗电磁干扰能力，与传统的传感器相比具有体积小、质量轻、灵敏度高等特点，近年来这一新技术被广泛应用在船舶、航天器的关键部位以及建筑结构的健康预警等领域[1-3]。

锥形光纤的传感原理
锥形光纤作为一种新型的光纤传感器，在生物医学、化学、环境等领域中具有广泛应用前景。

其传感原理是基于锥形光纤的结构特点和光学特性。

锥形光纤的结构是一端较粗，另一端逐渐变细，最细处可达到几百纳米级别。

其光学特性是可以使光的走向发生变化，使其在光纤中反射多次，从而增强光与样品的相互作用，提高传感灵敏度。

锥形光纤的传感原理是基于其表面等离子体共振（SPR）效应。

当光从光纤中传输到达锥形部位时，由于几何形状和材料特性的变化，光的传递方式发生变化，导致光在锥形部位与周围介质发生相互作用，形成SPR现象。

当有样品与锥形部位接触时，样品中的分子将吸附在锥形光纤表面，导致SPR现象的改变，从而可以通过检测SPR现象的变化来获得样品信息。

锥形光纤传感器具有高灵敏度、高选择性、快速响应等优点，可以实现对微量样品的检测，对于生物医学、化学及环境监测等领域有重要应用。

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基于倏逝波的锥形光纤马赫-曾德尔湿度传感器蒋友华;傅海威;丁继军;张静乐;乔学光【摘要】提出了一种基于倏逝波原理的光纤马赫-曾德尔湿度传感器,传感器是在2个单模光纤粗锥的传感臂中心通过绝热火焰熔融拉锥处理而成.光由传感器输入端传入,经过第1个粗锥时,将激发出若干高阶模,各模式光传输经过细锥区进入第2个粗锥时被耦合进入传感器输出端.当外界湿度变化时,细锥区倏逝场随之变化,最终导致透射谱能量变化.通过测量透射谱能量变化,可以实现环境湿度传感测量.实验结果表明,在35%~85%RH的湿度变化范围内,透射谱的能量具有相同变化趋势,处于水蒸气吸收峰附近的干涉谷湿度响应灵敏度可达0.157 dBm/%RH,温度交叉灵敏度仅为0.014 %RH/ ℃.该传感器因其制作简单、灵敏度高,温度交叉敏感小等特点,具有很好的应用前景.%According to the principle of evanescent wave, a humidity sensor based on optics in-fiber Mach-Zehnder interferometer was proposed by using the standard single mode fiber with two waist-enlarged bitapers, and the center of sensing arm was tapered by adiabatic flam-heated fiber tapering machine.The light propagates from the input end of the sensor, the first bitaper excites a number of higher-order modes, each mode transmits through tapered fiber and into the second bitaper,which can be coupled into the output fiber of the sensor.The change of the humidity can lead to the evanescent field of the tapered fiber changing, eventually causes the energy of the transmission spectrum energy to change.The environment humidity sensing measurement can be realized through measuring the variation of transmission spectrum energy.The experimental results show that within the humidity changingscope of 35%~85%, the energies of the transmission spectra have the same variation trend, a valley of interference spectrum near the water vapor absorption peak has the highest sensitivity of 0.157 dBm/%RH, the temperature cross-sensitivity is as low as 0.014 %RH/ ℃.This humidity sensor is advantaged by easy manufacturing, high sensitivity and immunity of temperature cross-sensitivity,it have a great application prospect.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】7页(P140-146)【关键词】湿度传感;锥形光纤;倏逝波;光纤Mach-Zehnder干涉仪;交叉敏感【作者】蒋友华;傅海威;丁继军;张静乐;乔学光【作者单位】西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安 710065;西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安 710065;西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安 710065;西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安 710065;西北大学物理系,陕西西安 710069【正文语种】中文【中图分类】TN253相对湿度(relative humidity,RH)的测量及其控制广泛应用于工农业生产、食品医疗、航空航天、发电变电、纺织、仓储、气象监测等领域。

锥形微纳光纤传感器的优化设计锥形光纤在荧光传感领域应用广泛。

其中，由自由基光聚合法制成的锥形微纳光纤（PTOF）具有制造工艺灵活、耗能低的优点。

为了提高荧光收集效率，进而提高锥形微纳光纖传感器的灵敏度，文章在不同曝光时间和曝光功率下制作了不同尺寸的PTOFs作为传感头，对包埋在锥形尖端的荧光素进行荧光收集。

实验结果表明，25μW，5s下生成的PTOF有较好的荧光收集效率，约为端面切平光纤的9.6倍。

标签：PTOF;光纤传感;溶胶凝胶法;荧光收集特性锥形光纤具有倏逝波强度强和荧光收集效率高等优越特性[1，2]。

常用的制作锥形光纤的方法有化学腐蚀法、熔拉法及研磨法[3]。

2009年，R.Bachelot等在前人基础上通过自由基光聚合法在单模光纤末端形成聚合物微尖端[4]。

与其它制锥工艺相比，该方法相对简单，损耗低，对技术要求较低，更易于控制形状参数[4]。

制作PTOF过程中，光敏试剂被引发交联聚合反应时的曝光时间和曝光功率等对PTOF的形状有影响。

本文通过不同尺寸PTOF荧光收集效率的比较，对锥形微纳光纤传感器进行优化设计。

1 锥形微纳光纤的制作1.1 实验原理本实验在R.Bachelot[4]改进的光致聚合法制锥工艺基础上制备锥形光纤。

原理可表述为，在450nm到550nm之间某一波长的激光照射下，光敏试剂被引发交联聚合反应，进而在石英光纤端面形成可以看作纤芯延伸的聚合物尖端。

1.2 制作步骤首先配制光敏试剂。

配方如下：3.5937g多官能丙烯酸酯单体季戊四醇三丙烯酸酯，303ul染料敏化剂曙红-Y，0.0196g共引发剂甲基二乙醇胺。

混合上述试剂并在室温、1800rpm条件下水浴搅拌6h。

在25℃的暗室中制造PTOF。

端面切平光纤一端垂直浸入光敏试剂并匀速拉出，来自488nm 激光器的激发光通过衰减器衰减到微瓦水平，被40倍物镜耦合到光纤中，由纤芯到达光纤末端覆盖的试剂。

在PTOF制造过程中，使用光功率计调整到达光纤末端光的功率（曝光功率）;使用光学快门控制试剂的曝光时间。

锥形光纤光栅传感器的传感特性
孙晓东;杨松峰;刘天宇;朱瑞楠;冯起鹏
【期刊名称】《中国新技术新产品》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】为解决锥形光纤光栅的温度应力交叉敏感问题,本文提出一种对温度不敏感的反射波半峰值带宽进行编码的方法。

由于锥形光纤光栅的反射波半峰值带宽仅随应力变化而不受温度影响,因此笔者利用这一特性进行编码,解决了交叉敏感问题。

通过MATLAB仿真验证,与传统的利用波长编码(该波长对温度和应力均敏感)的方
法相比,本文提出的方法仅须使用一根光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)便可实
现温度和应力的同步测量,不仅结构简单,而且操作便捷。

【总页数】3页(P1-3)
【作者】孙晓东;杨松峰;刘天宇;朱瑞楠;冯起鹏
【作者单位】黑龙江科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】O436
【相关文献】
1.锥形光纤光栅传感器交叉敏感问题的仿真研究
2.光纤光栅应变传感器预紧封装及传感特性研究
3.锥形光纤光栅传感特性研究
4.基于水化于气气生于水理论探讨益
气养阴法治疗膜性肾病5.基于覆膜锥形长周期光纤光栅的高灵敏度海水盐度传感
器研究
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波长和强度同时响应的锥形多模光纤温度传感器贾振安;段维维;刘颖刚;张静乐;李康【摘要】By combining ends of a multimode fiber with a length of 17 mm and single-mode fiber (SMF),multimode fiber is then subjected to a tapered treatment to obtain a tapered multimode fiber with a wavelength and intensity sensor.Temperature sensing characteristics of sensor in range of 30 ℃ ～80 ℃ were studied experimentally.Experimental results show that when ambient temperature changes,response sensitivity of sensor to temperature of interference trough near 1 542 nm can reach 0.041 nm / ℃ and 0.106 dB / ℃ respectively,and there is a good linear relationship between wavelength response and intensity response of sensor interference fringe.Based on this linear relationship between sensor wavelength response and intensity response,phase demodulation of interferometric fiber optic sensor can be realized by detecting intensity of sensor signal.This method provides a new idea for sensing and demodulating signal value.%通过将一段长为17 mm的多模光纤两端分别与单模光纤对芯熔接,然后对多模光纤部分进行拉锥处理,得到一种波长和强度同时对温度响应的锥形多模光纤温度传感器.实验研究了30℃～80℃范围内传感器的温度传感特性.实验结果表明:当环境温度发生变化时,该传感器在1 542 nm附近干涉波谷的波长和强度对温度的响应灵敏度分别可达到0.041 nm/℃和0.106 dB/℃,并且传感器干涉条纹的波长响应和强度响应之间呈良好的线性关系.基于传感器波长响应与强度响应之间的该线性关系,通过传感信号强度的检测即可实现干涉型光纤传感器的相位解调,该方法为传感解调信号提供了新思路,具有重要的参考价值.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】5页(P331-335)【关键词】温度传感器;锥型多模光纤;波长;强度;温度【作者】贾振安;段维维;刘颖刚;张静乐;李康【作者单位】西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安 710065;西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安 710065;西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安 710065;西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安 710065;西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TN253温度传感长期以来是光纤传感器最主要且最直接的应用之一[1-4]。