光纤传感器综述之微纳光纤

专利名称：一种基于空芯光纤的微纳光纤振动传感器专利类型：发明专利
发明人：江毅,张柳超,姜澜,刘达,王素梅
申请号：CN201610423867.7
申请日：20160615
公开号：CN106124027A
公开日：
20161116
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种基于空芯光纤的微纳光纤振动传感器，属于光纤传感领域。

单模光纤、空芯光纤和实芯光纤顺序熔接；所述空芯光纤为中空圆柱体，且在圆柱体侧面中心处开设槽口；该槽口的轴向长度需小于中空圆柱体的长度；所述槽口是通过用飞秒激光从空芯光纤侧面烧蚀形成的。

本发明避免了飞秒激光加工光纤所形成反射面的反射率低甚至没有反射的问题，且具有体积小、共振频率高、耐高温、抗电磁干扰等特点，可用于高温环境下的振动测量。

申请人：北京理工大学
地址：100081 北京市海淀区中关村南大街5号
国籍：CN
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光纤传感技术的应用与改进光纤传感技术是一种基于光学原理的传感技术，利用光纤作为传感元件，通过测量光的特性来实现对环境参数和物理量的监测和测量。

近年来，随着科技的不断发展，光纤传感技术已经在许多领域得到了广泛的应用，并呈现出了许多改进的趋势。

一、应用领域1. 温度传感光纤传感技术的一个重要应用领域是温度传感。

由于光纤传感技术具有高灵敏度、长途传输和抗电磁干扰的特点，因此它被广泛应用于温度测量和监控领域。

光纤温度传感器可以实现高精度的温度测量，并且可以在各种恶劣环境条件下长时间工作。

2. 应变监测应变是许多工程领域中需要关注的一个重要参数。

光纤传感技术可以通过测量光纤的长度变化来实现对应变的监测。

相比于传统的传感技术，光纤传感器具有更高的灵敏度和更长的传输距离，能够实时监测结构物体的应变情况，可用于航空航天、地震监测、桥梁结构等领域。

3. 压力测量光纤传感技术在压力测量领域也有广泛的应用。

通过将反射光信号与压力传感的环境参数相比较，可以实现对压力变化的高精度测量。

这种传感技术特别适用于高温、高压、强腐蚀等恶劣环境的压力测量，可应用于石油化工、航空航天等行业。

4. 气体传感光纤传感技术还可以实现对气体参数的监测。

通过利用气体对光的散射或吸收特性，可以将光纤传感器用于气体浓度、组分、压力等参数的测量。

这种传感技术具有高灵敏度、快速响应的特点，被广泛应用于空气质量监测、环境污染检测等领域。

二、技术改进1. 纤光光栅技术纤光光栅技术是一种基于光纤中的光栅结构的传感技术。

它利用特殊设计的光纤结构，在光纤中形成一系列的光栅，通过测量光栅的特征参数来实现对环境参数的测量。

这种技术具有高精度、高灵敏度和高分辨率的特点，并且可以实现多点、多参量的测量。

2. 光纤光谱传感技术光纤光谱传感技术是一种基于光纤中的光谱特征的传感技术。

通过测量光纤中的光谱参数，如光强、波长等，可以实现对环境参数和物理量的高精度测量。

这种技术具有高分辨率、高信噪比和高灵敏度的优点，被广泛应用于环境监测、医疗诊断等领域。

微纳光子学专题摘要微纳光纤是一种直径接近或小于传输光波长的波导，由物理拉伸方法制得，具有表面光滑、直径均匀性好、机械性能高、强光场约束、强倏逝场、表面场增强效应及反常波导色散等特性，在光通信、激光、传感检测、非线性光学、量子光学等领域具有重要的应用前景。

关键词微纳光纤，光波导，纳米光子学，近场耦合，传感器，发光器件，非线性光学，原子光学，量子光学Abstract Optical microfibers and nanofibers have diameters close to or smaller than thewavelength of the guided light.Fabricated by physical drawing of glass or polymer materials,these tiny fibers show excellent surface smoothness and diameter uniformity,high mechanical strength,tight optical confinement,strong evanescent field,significant surface field enhancement,and large and abnormal waveguide dispersion,which bestow them with a variety of applications in fields ranging from optical communication,laser technology,sensors,nonlinear optics,and quantum op-tics.Keywordsmicro-nano fiber,optical waveguides,nanophotonics,near-field coupling,sensors,light emitting devices,nonlinear optics,atom optics,quantum optics*国家重点基础研究发展计划(批准号：2013CB328703)、国家自然科学基金(批准号：61475140)资助项目１引言作为光纤光学与纳米技术的完美结合，微纳光纤是近年来发展起来的光纤光学及微纳光子学等领域的前沿研究方向之一[1—6]。

微纳光纤和mems光纤一、简介微纳光纤和mems光纤是两种在微型光学器件中广泛应用的微型光纤器件。

微纳光纤是一种直径在微米到纳米的纤维状光纤，而mems光纤则是一种微型化的光子晶体光纤。

它们在激光雷达、医疗、光谱、激光切割等众多领域具有广泛的应用前景。

二、结构1. 微纳光纤：微纳光纤的直径通常在几微米到几十微米之间，其结构包括包层、芯和过渡区。

包层材料通常是玻璃或塑料，而芯是由掺杂或未掺杂的金属氧化物组成。

由于其尺寸的微小性，微纳光纤具有极高的光学质量和传导性能，能够实现高精度的光子传输。

2. mems光纤：mems光纤是一种具有特殊光子晶体结构的纤维状光纤。

它的芯是由多孔材料构成，孔内填充折射率不同的介质，形成周期性结构。

这种结构使得mems光纤具有了特殊的电磁波传导性能，能够实现光的局域和定向传输。

三、特点1. 微纳光纤：微纳光纤的特点是尺寸小、传导性能好、光学质量高。

由于其尺寸的微小性，微纳光纤可以用于实现高精度的光学传感和传导。

2. mems光纤：mems光纤的特点是微型化、高稳定性和定向传输。

它的特殊光子晶体结构使得其能够适应各种特定的光子应用需求，如激光雷达、医疗等领域。

四、应用1. 激光雷达：微纳光纤的高光学质量和高传导性能使其成为激光雷达技术的理想选择。

通过将微纳光纤布置在适当的角度和位置，可以实现高精度的激光反射和传导，从而实现对目标的精确探测。

2. 医疗领域：mems光纤的特殊光子晶体结构和定向传输性能使其在医疗领域具有广泛的应用前景。

例如，它可以用于光学显微镜，实现高清晰度的光学成像；还可以用于激光手术刀，实现精确的手术切割和止血。

3. 光谱分析：微纳光纤可以用于光谱分析中，实现高精度的光谱传导和反射。

通过将微纳光纤布置在适当的角度和位置，可以实现对光源和被测物的精确光谱测量，为光谱分析和研究提供重要的数据支持。

4. 激光切割：mems光纤的高稳定性和定向传输性能使其在激光切割领域具有广泛应用前景。

《基于微纳光纤的布里渊散射传感机理研究》篇一一、引言近年来，随着科技的发展和技术的不断进步，光纤传感器因其高灵敏度、抗电磁干扰等优点得到了广泛的应用。

微纳光纤，作为一种新兴的光纤传感器技术，凭借其小型化、集成化、高精度的优势，为光子器件领域的研究与应用带来了巨大的潜力。

而布里渊散射，作为一种光与声子相互作用的非线性散射过程，被广泛运用于传感器、光纤通信、激光等领域。

本文旨在探讨基于微纳光纤的布里渊散射传感机理，分析其工作原理和特点，并进一步揭示其应用价值。

二、微纳光纤概述微纳光纤，是一种直径在微米至纳米级别的高精度光纤。

其制作工艺精细，结构紧凑，具有较高的光传输效率。

微纳光纤的独特之处在于其尺寸的缩小使得光与物质的相互作用增强，从而提高了传感器的灵敏度和响应速度。

此外，微纳光纤还具有较好的柔韧性和生物相容性，使其在生物医学、环境监测等领域具有广泛的应用前景。

三、布里渊散射概述布里渊散射是一种非线性散射过程，其基本原理是光在介质中传播时与声波相互作用，导致光波发生散射。

这种散射过程中，光波的频率和方向都会发生变化，因此可以用来检测介质中的声波和温度等信息。

布里渊散射具有高灵敏度、高分辨率和高信噪比等优点，被广泛应用于传感器、光纤通信等领域。

四、基于微纳光纤的布里渊散射传感机理基于微纳光纤的布里渊散射传感机理主要涉及以下几个方面：首先，当光在微纳光纤中传播时，由于光纤内部声波的振动作用，导致光波发生布里渊散射。

这种散射过程会产生不同频率和方向的光波，这些光波包含了介质中的声波和温度等信息。

其次，通过特定的探测系统，可以捕获这些散射光信号并进行分析。

其中，频谱分析技术可以用于检测散射光的频率变化，从而推断出介质中的声波和温度等信息。

由于微纳光纤的高灵敏度和高响应速度，使得这种传感技术具有较高的精度和稳定性。

最后，根据所获取的信息，可以实现对介质中声波和温度等参数的实时监测和反馈。

这种传感技术可以应用于多个领域，如环境监测、生物医学、光纤通信等。

微纳光纤以其损耗小、价格低廉、易于批量生产等优点，被广泛应用于探测、医疗、通信等各个领域，发挥着不可或缺的作用。

微纳光纤的制造工艺和结构特性，微纳光纤对于光场的调制，以及微纳光纤对于输出光束的光束质量的影响等受到人们越来越多的关注。

进入21 世纪，伴随光纤通信朝着超高速、超大容量和超长距离的方向发展，以及器件设计理论和制备工艺技术的发展，人们对器件工作性能和集成度的要求不断提高，器件的微型化已成为科学技术研究与应用的重要趋势之一。

其中，微纳光波导是研究微纳光子学现象和构筑微纳光子器件的重要基石，是当前纳米光子学领域的研究热点之一。

与其它种类的微纳光波导（如硅基平面波导、金属表面等离子体波导）相比，微纳光纤具有极低的耦合损耗、粗糙度极低的波导表面、高折射率差的强限制光场、大百分比的倏逝场、极轻的质量和灵活的色散特性等优点。

这些特性使得微纳光纤在光纤光学、近场光学、非线性光学和量子光学等基础研究和微纳尺度的光传输、耦合、调制、谐振、放大和传感等器件方面都具有潜在的应用价值，近年来吸引了越来越多研究者的注意。

近年来，微纳光纤以其损耗小、价格低廉、易于批量生产等优点，被广泛应用于探测、医疗、通信等各个领域，发挥着不可或缺的作用。

微纳光纤的制造工艺和结构特性，微纳光纤对于光场的调制，以及微纳光纤对于输出光束的光束质量的影响等受到人们越来越多的关注。

孙伟民等研究了熔锥光纤的制作工艺及测量方法；孙爱娟等研究了熔锥光纤的传输特性；张娜等利用锥形光纤制作了测量液体参量的传感器；李立波等利用锥形光纤实现了对大模场光纤激光器光束质量的改善；段云峰等利用熔融拉锥光纤制作了全光纤的脉冲光纤放大器；Orucevic等研究了锥形光纤近场的传输情况；Miy azaki等使用拉锥的多模光纤来获得小尺寸的光斑；Brambilla等研究了锥形光纤的制作和应用。

《基于微纳光纤的布里渊散射传感机理研究》篇一一、引言在现代传感器技术的发展中，光纤传感技术因其独特的优势而受到广泛关注。

布里渊散射传感技术，基于光纤中布里渊散射的物理过程，通过分析散射信号来获取外界信息，具有高灵敏度、高分辨率和长距离传输等优点。

近年来，随着微纳光纤技术的快速发展，基于微纳光纤的布里渊散射传感技术成为研究的热点。

本文将针对基于微纳光纤的布里渊散射传感机理进行深入研究。

二、微纳光纤概述微纳光纤是指直径在微米或纳米级别，具有独特的光学特性的光纤。

其制备工艺和材料研究为传感器技术提供了新的可能性。

微纳光纤具有较高的光场限制能力，可以有效地提高布里渊散射的信号强度，同时其较小的尺寸使得其具有更高的空间分辨率和灵敏度。

三、布里渊散射基本原理布里渊散射是光在介质中传播时，与介质中的声波相互作用而产生的非线性散射现象。

在光纤中，由于光与声波的相互作用，布里渊散射产生的声波会在光纤中传播，并通过光纤传播的回波被探测器捕获。

这种技术被广泛应用于光学通信、生物医学等领域。

四、基于微纳光纤的布里渊散射传感机理在微纳光纤中，由于光纤尺寸的减小，布里渊散射过程更加敏感和精确。

在布里渊散射过程中，微纳光纤中传播的光波会与介质中的声波相互作用，从而产生频移现象。

这种频移现象被用于获取温度、压力、应力等外界信息。

同时，由于微纳光纤的高灵敏度和高空间分辨率，使得这种传感器具有更高的测量精度和更广泛的应用范围。

五、实验研究及结果分析为了验证基于微纳光纤的布里渊散射传感机理，我们进行了相关实验研究。

通过制备不同直径的微纳光纤，并对其在不同环境条件下的布里渊散射信号进行测量和分析，我们发现微纳光纤的直径越小，布里渊散射信号的强度越高，同时频移现象也更加明显。

此外，我们还通过实验研究了温度、压力等因素对布里渊散射信号的影响，验证了其传感特性的可靠性和稳定性。

六、应用前景与展望基于微纳光纤的布里渊散射传感技术具有广阔的应用前景。

基于微纳加工技术的新型传感器研究当前，随着人们对生活品质的追求与需求不断提高，新型传感器的研究和应用也越来越受到人们的关注。

基于微纳加工技术的新型传感器，由于具有体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快等优点，被广泛应用于医疗诊断、环境监测、智能家居等领域。

一、微纳加工技术简介微纳加工技术是一种高精度、高效率的制造技术，主要应用于制造微电子器件和微机械系统。

它可以将半导体材料、各种金属和陶瓷材料等高精度加工成微米或纳米级别的结构，其加工工艺包括光刻、薄膜成型、等离子体刻蚀、离子注入、微流控等多个领域，其中以光刻技术最为常用。

二、基于微纳加工技术的新型传感器种类1.微机械压力传感器微机械压力传感器是一种基于微机械制造工艺制作的压力传感器。

其结构简单、响应迅速、精度高，可以测量液体、气体和蒸汽等介质的压力值。

微机械压力传感器除可用于测试工业领域，还广泛应用于医疗诊断、汽车安全等领域。

2.微型光纤传感器微型光纤传感器是由微型结构的光纤和传感器组成的一种保护性装置。

它通常是用光纤传输信号的方式，来检测温度、油压、流量等多种物理量。

微型光纤传感器主要具有精度、稳定性、实时性高等特点，并且可以直接嵌入设备上，同时也能把数据通过无线传输到远程端。

3.微型电容传感器微型电容传感器由于其机械性能优异和微米级别的尺寸，被广泛应用于压力、转速、加速度、磁场和流量的测量中。

微型电容传感器的制备工艺较为复杂，需要耐高温的材料、MEMS器件和光刻技术等多种技术支持。

三、基于微纳加工技术的新型传感器的未来发展随着微型制造技术的不断发展，基于微纳加工技术的新型传感器将具有更高的性能和更广泛的应用领域。

未来的新型传感器将着重在功能的多样性、自适应性、智能化等方面进行探索。

在医疗诊断、智能家居、安防领域，新型传感器将发挥更为重要的作用，实现物联网和智能控制技术的进一步发展。

总之，基于微纳加工技术的新型传感器是未来传感技术的发展方向。

尽管制备工艺较为复杂，但其具有优异的性能和灵活性，在医疗、环保、智能家居等领域都有广泛的应用前景。