基于强度调制的光纤激光折射率传感器

提出了一种基于光纤布喇格光栅与多模凹锥光纤级联结构的低探测极限光纤激光折射率传感器。采用光纤环形激光器内腔调制技术,获得了稳定、高边模抑制比和窄半峰全宽的激光信号,量化研究了有源结构下凹锥直径与液体折射率变化间响应关系。当凹锥直径为30.53μm时,最大折射率灵敏度可达-128.636 dB/RIU。考虑3σ噪声条件,实际探测极限可达8.49×10^-4 RIU。该传感器具有输出稳定和低温度串扰的优点,在生化传感和环境监测等方面具有潜在的应用前景。     

基于单模纤锥表面等离子体共振的折射率传感

利用ComingSMF-28(TM)制作了单模纤锥表面等离子体共振传感器,在1384～1614 nm波长范围内,采用波长调制方式对折射率为1.4480～1.4510的甘油水溶液进行了检测,分辨率在3×10-5RIU,这有利于进一步了解单模光纤表面等离子体共振传感器的性能以及在液体折射率检测方面的应用.     

一种涂覆水凝胶的模间干涉型光纤pH传感器

为了实现pH值测量的微型化和智能化,提出了一种涂覆水凝胶的模间干涉型光纤pH传感器,满足了对光纤pH传感器结构紧凑、灵敏度高、稳定性好的需求。模间干涉型光纤干涉仪采用标准单模光纤错位熔接制得,对干涉仪进行拉锥提高其对外界折射率的响应灵敏度。将水凝胶涂覆在拉锥后的光纤干涉仪表面,当传感器周围pH值变化时,会引起感应区折射率的变化进而引起传输光谱发生变化,通过测量干涉仪光谱的漂移即可得到对应溶液的pH值。实验结果表明,传感器拉锥8 000μm后在pH值为1.88～7.61的测量灵敏度为0.76 nm/pH,线性相关系数为0.994。所提出的传感器pH值测量范围广、灵敏度高且成本较低,在pH值检测中具有广阔的应用前景。     

悬挂芯光子微单元-灵活高效的光纤内嵌实验室

介绍一类在商用光子晶体光纤基础上制备的悬挂芯光子微单元.该微单元能通过较简单的选择性膨胀技术实现具有大倏逝场、高双折射、多芯等功能的多种悬挂芯结构,并能与单模光纤连接形成低损耗光纤在线单元.微单元内部基于倏逝场的光与物质相互作用区域与外部环境隔离,整体易于操作,是适用于光纤实验室研究的灵活平台.分析了几种典型悬挂芯光子微单元的消逝场、损耗、双折射等特性;利用微单元的一些特性开展应用研究,包括基于折射率探测原理的微单元气体压力和液体温度传感器、基于微单元纤芯微悬臂梁的加速度传感器、微单元光栅器件等.这些研究为推进光纤实验室技术的发展和应用提供了新思路.     

光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器研究进展

光纤微腔传感器因本质安全、体积小、成本低、抗电磁干扰等优点,在光纤传感领域中获得了广泛关注.针对光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器可测参量多并可实现多参量同时测量的特点,重点介绍了光纤微腔法布里-珀罗干涉传感器技术的研究进展,包括对温度、压力、液体折射率、氢气质量分数、有机挥发物质量分数等参量的测量,详细介绍了传感器的制作方法、传感原理和实验结果.     

偏心孔辅助的双芯光纤器件及其应用研究

随着光纤传感器不断在新领域的应用拓展,光纤传感器正面临许多新的挑战.利用特种光纤研制性能突出的光纤传感器已经成为研究热点.本文介绍了一种偏心孔辅助的双芯光纤的设计,并讨论了多种基于偏心孔辅助的双芯光纤器件的工作原理、制备方法及传感特性.     

面向应用的光纤氢气传感技术

光纤类氢气传感器因基于光学原理,具有本质安全和无电磁干扰的特性,成为氢气传感器研究的热点,在电力设备健康监控、氢能源应用、地震监测等领域均有迫切需求.依照光纤类氢气传感器的类型,分别综述了微镜型、干涉型、消逝场型、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)型等4种不同光纤类氢气传感器的原理和研究进展.详述了近几年在光纤类氢气传感领域的工作,包括应用于高浓度氢气监测的钯合金型光纤氢气传感器、应用于中低浓度氢气报警的掺铂三氧化钨型光纤氢气传感器、应用于超低浓度痕量监测的三氧化钨-钯-铂纳米复合薄膜型光纤氢气传感器.对比3种技术方案的研究现状,分析需要解决的问题并对应用前景进行了展望.     

光纤气泡微腔传感技术

基于光纤气泡微腔的干涉仪在光纤传感领域中已经获得广泛关注.结合最新研究进展,给出了一种电弧放电法制备光纤气泡微腔的新技术,该技术仅利用商用光纤熔接机且无需辅助设备.系统研究了基于光纤气泡微腔的法布里-珀罗干涉仪的工作原理、制备方法及传感应用,实现了基于矩形气泡微腔的光学回音壁模式谐振器,进一步完成了腔模式的应变调谐.     

毛细管光纤传感器研究进展

石英毛细管由于在材料方面与光纤具有天然一致性,被广泛应用于各种结构和功能的光纤传感器中.首先给出光纤和毛细管的模式特性和熔接工艺,在此基础上介绍干涉型毛细管光纤传感器的研究进展,包括法布里-珀罗型、多模干涉型、反谐振型3种形式.接着介绍微腔结合的毛细管光纤传感器研究进展,包括多模光纤-微球腔和锥形内壁毛细管微腔.毛细管具有中空结构且其圆柱结构能够支持回音壁模式.最后介绍毛细管光纤传感器的最新研究进展.     

单模螺旋光纤的本地场

该文从波动方程出发,直接在本地坐标系(Serret-Frenet框架)中求解单模阶跃型折射率分布的圆形芯弱导螺旋光纤,应用微扰分析法得到了基模场分布和传播常数的解析表达式。结果表明:(1)单模螺旋光纤的基模是右旋和左旋圆偏振模;(2)螺旋光纤基模间的传播常数之差为2τ。这两个理论结果和已知的实验结果一致。     

蓝宝石衍生光纤及传感器研究进展

蓝宝石衍生光纤(sapphire-derived fiber,SDF)具有机械强度良好、耐高温等性能,在高温传感、分布式应力传感等方面有广阔应用前景.该文首先简要介绍了蓝宝石衍生光纤的基本特性,然后结合该课题组近几年在该方向的研究进展,对基于蓝宝石衍生光纤的布拉格光栅、法布里-珀罗腔、长周期光栅和马赫-曾德尔干涉仪进行重点讨论,分析了基于蓝宝石衍生光纤传感器的工作原理和实现方法.     

用于结构整体与局部健康监测的光纤超声传感器

本文提出并展示了两种光纤超声传感系统,一种是基于菲索干涉仪的结构,另一种是类萨格奈克干涉仪的结构.当系统中光纤传感器采用长跨度光纤时,可实现结构整体内部是否有微裂纹所导致超声发射的情况监测.系统中的光纤传感器部分也可以选用一段短光纤或绕成一个光纤环,从而实现单点的局部探测.文中分析了作为传感的光纤与超声的相互作用.实验上,将1 m长的光纤作为一段直线传感器和绕成光纤环形点传感器分别埋入混凝土试件中,进行了10、25和50 kH超声测量实验.结果表明,这两种光纤传感器均具无损检测的应用潜力.尤其是长尺度光纤传感器更适合于监测大尺度混凝土建筑结构的由于内部微裂纹的发生及其发展情况,对于评估结构的健康状况具有十分重要的意义.     

光纤法珀传感解调方法研究进展

光纤法珀传感器是目前发展历史最长、应用最普遍、技术最成熟的一种光纤传感器,广泛应用于各类极端复杂的环境中,对其传感信息进行准确解调是实现高精度测量的关键.首先对光纤法珀传感技术的发展历程进行了回顾和评述,接着介绍了光纤法珀传感器的类型和基本传感原理,对光纤法珀传感器解调方法的研究进展进行了阐述,从强度解调和相位解调两方...     

微结构光纤表面等离子激元共振传感器的研究

基于光纤结构的表面等离子激元共振(surface plasmon resonance,SPR)传感技术是近年来光纤传感领域的研究热点.论述了SPR传感器的工作原理、调制方式和光纤SPR传感器的理论,介绍了本课题组在该领域的研究进展,包括利用光纤和毛细管SPR传感器、图像式光纤SPR传感器、多通道光纤阵列SPR传感器、自补偿SPR传感器、智能手机SPR传感器及啁啾倾斜光纤光栅SPR传感器等,总结了基于光纤微结构的SPR传感器的研究现状,分析了需要解决的问题,并对未来的发展趋势.     

单模光纤长波长(1.3μm)色散测量

本文介绍了全部采用国产元器件建立的时域法脉冲展宽测量系统的原理、设计、结构及测试结果.该系统可用来测定单模光纤长波长(1.3μm)色散.测试结果及分析表明,本系统可满意地用于多模光纤色散和光电探测器响应速度测量;对单模光纤色散测量,当待测光纤长度达10km以上时,相对测量误差小于3%.在待测光纤较短时,相对误差增大,但此时仍可满意地鉴别单模光纤在1.3μm波长下是否符合6ps/km·nm这一技术指标.     

前言

正本专辑系上一期"光纤传感技术专辑(1)"的继续。本专辑共发表8篇综述长文,其中4篇分别为氢气传感器、分布式光纤声波传感技术、光纤受激布里渊散射、蓝宝石衍生光纤及传感器研究进展,另4篇属"光纤上的实验室"(lab-on-fiber),具体内容如下:光纤类氢气传感器是光纤传感器研究热点之一。在电力设备健康监控、氢能源应用、地震监测等领域均有迫切需求。《面向应用的光纤氢气传感技术》一文依照光纤类氢气传感器的类型,分别综述微镜型、干涉型、消逝场型、光纤布拉     

倾斜光纤光栅传感器

倾斜光纤光栅是一种光栅条纹与光纤法线存在一定角度的特殊光纤光栅.由于光栅倾角的引入,前向传导的入射光被有效激发至后向传导的包层模,并保留满足布拉格条件的后向传导纤芯模.经过各种新颖的结构设计、物理组合及生物化学材料修饰,倾斜光纤光栅可实现多种物理、机械、电磁、生物、医学、化学传感量的高精度检测,成为"光纤上的实验室"(lab-on-fiber)的重要组成和关键器件.该文系统介绍了倾斜光纤光栅的制作方法、模式耦合理论、传感机理与特性(特别是表面等离子共振技术)及近年发展起来的各种传感应用实例,包括机械类传感如弯曲、振动、位移等;电磁类传感如电场、磁场等;生物类传感如细胞、蛋白、血糖;化学类传感如气体、电活性微生物等.随着各种新功能材料和纳米加工技术的快速发展,基于倾斜光纤光栅的交叉学科研究快速发展,为进一步提高光纤传感器测量精度、拓展测量对象提供了重要支撑和广阔的发展空间.     

波长编码型光纤传感器高精度解调技术研究进展

介绍了波长编码型光纤传感器高精度解调技术的最新研究进展,所涉及的解调技术能够实现对波长编码型光纤传感单元阵列的亚纳应变级分辨率的测量能力.首先回顾了光纤光栅应变传感技术,分析了高精度光纤应变传感器所选用的敏感元件;然后介绍了前馈式扫频激光线宽压缩技术和闭环轮询式探测技术,详述其理论原理、实现方案、性能指标;最后介绍了基于上述技术实现的高精度光纤应变传感系统实现地壳形变观测的应用实例,为各类高性能光纤传感器的研究与应用提供参考.     

表面芯光纤器件实验室

由于光纤端面尺寸小且可以长距离传输,功能单元和功能材料易于微纳尺度纤内集成,因而更适合发展集成器件.Lab-on-fiber集成器件已成为纤维集成光学的研究热点.该文详细介绍了两种具有较强倏逝场的表面芯光纤(外表面和内表面),重点研究表面芯光纤光学特性及基于表面芯光纤的器件传感应用.该类器件制备简单,在生物化学传感领域有重要应用.     

光纤加速传感器在地震监测中的应用研究

地震监测与预报对传感器的灵敏度、频率范围及抗干扰能力都提出了更高要求。本文将结合地震光纤加速度传感器的基本原理,从应变传感模型和温度传感模型的分析中,探讨加速度传感器在光纤通信系统中的应用,并提出一种与纵向传感器相似的横向光纤加速度传感器构造方法,来提高地震监测的可靠性。