基于PDMS的光纤端面微纳结构转移法

微纳光纤传感器将微纳加工与光纤传感技术有机结合，具有重大的科研意义和产业化潜力。现有加工方法无法达到任意复杂三维结构可制备化，从而限制了微纳光纤传感器的发展。介绍了一种新型微纳加工方法，该方法在聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上实现微纳结构的制备，之后将薄膜连同微纳结构一同转移到光纤端面，在光纤端面实现人为定义三维立体微纳结构。通过在扫描电镜下对制备的样品进行检测，确认PDMS薄膜及其上三维结构可被无损转移至光纤端面。该方法具有易制备、低成本且可加工三维微纳结构的特点。     

基于侧边抛磨光纤传感器的混合液晶薄膜光折变特性研究

利用侧边抛磨光纤(SPF)传感器抛磨区对外界折射率敏感的特性,研究了混合有偶氮苯(AZO)和手征材料(ZLI811)的液晶混合物薄膜在紫外光照射下产生的光折变效应.将液晶、AZO 和 ZLI811 等 3 种材料的混合物涂覆在经过标定的 SPF 传感器的抛磨区上,制备成混合物薄膜.用 UV 光照射光敏薄膜导致 SPF 中传输光功率改变.实验表明:混合物薄膜在 UV 光照射下有光敏特性,会产生折射率变化,其折射率从1.474 变到1.470.这表明此光敏薄膜材料是负光折变材料.这种光敏薄膜材料可应用于制作新型全光纤光控器件和传感器.     

光纤化学传感技术研究近况

光纤化学传感器作为传感器的一个重要分支,结合了化学和光学的相关技术,将化学制膜、光纤技术以及化学分析中的分光光度法、拉曼光谱、荧光光谱、折射率检测等方法相融合,以其微型化,抗电磁干扰,传输信息量大,拥有自身参比等特点不断向前发展。简要综述了光纤化学传感技术研究近况和未来的发展趋势。重点对光纤pH化学传感器、光纤离子化学传感器和光纤气体化学传感器进行了介绍。简要分析了常见的敏感膜制备方法如化学键合法和溶胶凝胶(sol-gel)等方法。新型光纤——微结构光纤的出现为光纤化学传感器开辟了新的发展方向。由于其具有大的内表面积,结构设计灵活多样,光纤内部提供感应场所等特点,快速度成为光纤化学传感器的重要发展方向和研究热点。对微结构光纤衍生而来的新型光纤化学传感器进行了详细评述, 最后对光纤化学传感器的未来进行展望。     

新型光纤光栅扭转传感器研究

报道了一种新型光纤光栅扭转传感器的基本原理和传感结构,推导了扭转测量的理论公式,该传感器的扭角与光纤光栅中心波长的变化呈线性关系.在±40°扭角范围内,技术上实现了灵敏度为10.715°/nm的扭转传感.     

一种单模-多模-单模结构的干涉型光纤温度传感器

SMS光纤结构是一种近年来新兴的光纤器件,该结构光纤具有结构简单、易于实现、成本低廉、灵敏度高和无温度应力交叉敏感等特性.在光纤传感技术领域是一种继光纤光栅之后的具有广泛发展前景的光纤器件.从理论上分析了SMS结构和SMS级联结构的光纤传感原理,并从实验上研究了SMS结构和级联SMS结构的温度传感特性.实验表明:对于SMS结构光纤传感器,随着温度的增加,特征波长移动量逐渐增加,向长波方向漂移了4.05 nm,其传感器的温度灵敏度为15.76 pm/℃;对于级联SMS结构的光纤传感器,级联后不改变原来SMS结构的中心波长的位置,两个SMS结构仍然是独立的,不相互影响.所以说将两个SMS结构串联是可行的,可以用于温度和应力的同时测量,也可以用于分布式光纤传感器.     

光纤灵巧结构与蒙皮研讨

在复合材料结构部件与蒙皮中埋入光纤传感器，对材料的各种物理状态进行监测，并随时对复合材料与结构中的各类损伤进行探测与预报，称为光纤灵巧结构与蒙皮，该技术受到各国政论与军方的高度重视，成为９０年代材料与传感技术的一大观点，本文介绍灵巧结构一蒙皮光纤传感器的工作原理，应用等的研究进展。     

用于下一代传感和光源的新型材料、光纤及器件

制造技术与复杂模型、设计工具的进步使微纳结构光学器件的实现成为可能。微纳结构光学器件可用于导光与光的相互作用,液态或气态新型光源和传感器件。IPAS致力于新型光学材料研究与开发,将玻璃工艺和光纤开发有机结合,重点研究微纳结构光纤,光纤表面功能处理和器件开发。介绍了IPAS的研究实力和近年的发展概况,其中包括中红外光学材料、纳米粒子嵌入玻璃材料、新型化学和生物传感器(适用于超低量样本及/或体内样本)、激光器件,以及用于光数据处理的新型高非线性光纤。     

长距离分布式光纤传感技术研究进展

分布式光纤传感技术是光纤传感领域的重要组成部分,具有以下突出优势:无需在光纤上制作传感器,传感光纤集传感与传输于一体,可实现远距离、大范围的传感与组网;可连续感知光纤传输路径上每一点的温度、应变、振动等物理参量的空间分布和变化信息,单根光纤上能获得多达数万点的传感信息.由于在长距离连续传感方面具有不可替代的优势,分布式光纤传感技术在周界安防、石油电力、大型结构等领域的安全监控方面具有非常广阔的应用前景.本文主要介绍电子科技大学光纤传感与器件研究团队在长距离分布式光纤静(布里渊光时域分析仪)、动(相位敏感型光时域反射仪)态参量传感技术取得的研究进展,包括基础与应用研究两个方面.     

一种双段多层长周期光纤光栅光谱特性研究

长周期光纤光栅(LPFG)传感器具有非常广泛的应用价值,而有效解决物理量交叉敏感问题是其实用化的关键。基于LPFG对包层外介质折射率和厚度的敏感性,提出一种双段多层折射率横向分布结构的新型LPFG传感器的设计,并利用耦合模理论和传输矩阵方法分析了镀膜材料折射率、膜层厚度和镀层长度对新型LPFG传感器光谱特性的影响。软件仿真结果证明,这种LPFG由于结构设计上的特殊性,将使LPFG的谐振峰发生分裂,即一个透射峰分裂为两个。由于两个分裂峰对应力和温度的灵敏度不同,利用该结构的LPFG作为传感器,可以实现温度、应力等物理量的同步测量,从而解决LPFG传感器的交叉敏感问题。     

基于稀土掺杂光纤的强度调制型弯曲传感器

研究了一种基于稀土掺杂材料的新型周期性微拉锥玻璃光纤及其弯曲传感应用技术. 该光纤的纤芯和包层分别由两种硅酸铅玻璃材料组成,具有可塑性好和易于形成微拉锥的特点. 该传感器的核心敏感体由聚焦的CO₂激光束对稀土掺杂光纤进行周期性和等间距加热方式制备. 论文以该敏感体为核心,结合精密位置移动平台和光学测量平台,构建了基于强度调制的弯曲传感测量系统. 理论研究和实验结果表明,这种弯曲传感测量系统的传输光强灵敏度达到-28.2 μW/m,测量误差低于±1%,具备实际的工程应用价值. 关键词： 稀土掺杂光纤 微拉锥 弯曲传感 强度调制     

基于WO3- Pd复合膜的D型光纤光栅氢气传感器

采用磁控溅射方法在侧边抛磨的光纤光栅（D型光纤光栅）上溅射40 nm WO3-Pd复合薄膜,制作了D型光纤光栅氢气传感器.40 nm WO3-Pd复合薄膜是由5 nm的WO3、5 nm的WO3/Pd混合膜和30 nm的Pd 薄膜组成.实验中,首先采用射频溅射技术向D型光纤光栅溅射5 nm WO3薄膜,再利用共溅射技术溅射5 nm WO3/Pd混合膜,最后用直流溅射技术溅射30 nm的Pd薄膜.SEM结果显示在多次通氢气后WO3-Pd薄膜仍然具有较好的表面形貌,这说明WO3-Pd复合薄膜具有较好的机械性能.实验结果表明:该氢气传感器具有较好的重复性,同镀有同样氢气敏感膜的普通FBG相比,D型光纤光栅的灵敏度提高了200%|在氢气体积浓度为6%时,D型光纤光栅传感器的波长变化为15pm.     

基于光纤布拉格光栅与长周期光栅并联的集成光学传感器

为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸,通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系,因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化,据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明:FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和12.98 pm/℃,而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为196.46 nm/RIU和10.93 pm/℃。因此,根据双参数传感矩阵,该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。     

基于飞秒激光加工的马赫-曾德尔干涉氢气传感器

介绍了一种基于光纤微加工的氢气传感技术方案。利用波长为800nm的飞秒激光脉冲在普通单模光纤上加工马赫-曾德尔(M-Z)干涉腔,并采用磁控溅射方法在加工后的M-Z干涉微腔上溅射钯(Pd)膜,制备了一种新型的光纤氢气传感器。分析了加工工艺对微腔干涉效果的影响,选择合适的加工参数以及加工后对微腔进行后续处理,可使微腔的透射光谱的分辨率得到提高。实验研究了腔长为40μm的M-Z干涉传感器分别镀36nm、110nmPd膜后,对氢气的响应。结果表明,在不同的氢气浓度下,镀Pd膜的M-Z干涉传感器都表现出对氢气的敏感特性,随着氢气浓度的增大,透射光谱会向长波长方向偏移,其中Pd膜厚度为110nm比厚度为36nm的传感器对氢气有更好的灵敏度。     

具有温度自校准功能的光纤折射率传感器

提出一种具有温度自校准功能的光纤折射率（RI）传感器,传感头结构由2段很短的多模光纤（MMF）之间夹熔一段对折射率不敏感的光纤布拉格光栅（FBG）构成,传感头总长度为14 mm,FBG可以为折射率测量提供良好的温度校准功能。实验结果证明,该传感器的折射率灵敏度为126 nm。其干涉光谱共振波长的温度灵敏度为35.09 pm/℃,用于温度校准的FBG的温度灵敏度为11.14 pm/℃。相比于普通的折射率传感器,这种具有温度自校准功能的折射率传感器具有良好的实用前景。     

铝槽封装光纤光栅传感器的增敏特性研究

提出了一种光纤布喇格光栅的铝槽封装工艺,并对铝槽封装光纤光栅传感器的应变与温度传感特性进行了实验研究和理论分析.与裸光纤光栅的测试结果比较表明,铝槽封装工艺基本不改变光纤光栅应变传感的灵敏性,但是温度灵敏度系数提高了3.5倍.经过该工艺封装的光纤光栅可以探测识别0.2 με的应变与0.02℃的温度变化.     

Sensing system with Michelson-type fiber optical interferometer based on single FBG reflector

A sensing system,with Michelson-type fiber optical interferometer based on single fiber Bragg grating (FBG) as the reflector,is demonstrated.The system used a frequency-matched ring fiber optical laser as the source.The closed Michelson-type fiber optical interferometer system will be helpful in simplifying the developed interferometric sensor by replacing the double reflectors with only one FBG reflecting the doubleside light.The basic sensing properties of the system are demonstrated,with a fiber optic piezoelectric ceramic transducer embedded in the arm of the interferometer simulating the sensing signal.     

Optical fiber Bragg grating hydrogen sensor based on evanescent-field interaction with palladium thin-film transducer

Fiber Bragg grating (FBG) sensors in single-mode optical fibers are widely applied for measurement of temperature and strain. If exposing FBG sensors to an external analyte by planar side-polishing technique of the fiber, evanescent-field interaction yields a Bragg wavelength shift also by changing the refractive index of the analyte. Deposition of sensor-specific transducer layers on the side-polished fiber can specify this spectrally encoding and network-capable optochemical fiber Bragg grating refractometry to the monitoring of specific substances, absorbed gases and vapors. In this paper, the sensor principle is demonstrated for the example of a hydrogen gas sensor based on a palladium thin-film transducer. Hydrogen in 0.1–4% volume concentration range can be monitored by the spectral shift of the Bragg wavelength, which is caused by the decreasing complex refractive index of Pd with increasing absorption of hydrogen.     

Femtosecond laser fabricated micro Mach-Zehnder interferometer with Pd film as sensing materials for hydrogen sensing

In this paper, a femtosecond laser fabricated fiber inline micro Mach-Zehnder interferometer with deposited palladium film for hydrogen sensing is presented. Simulation results show that the transmission spectrum of the interferometer is critically dependent on the microcavity length and the refractive index of Pd film and a short microcavity length corresponds to a high sensitivity. The experimental results obtained in the wavelength region of 1200-1400 nm, and in the hydrogen concentration range of 0-16%, agree well with that of the simulations. The developed system has high potential in hydrogen sensing with high sensitivity.     

Long-distance fiber Bragg grating sensor system with a high optical signal-to-noise ratio based on a tunable fiber ring laser configuration

A novel tunable fiber ring laser configuration with a combination of bidirectional Raman amplification and dual erbium-doped fiber (EDF) amplification is proposed for realizing high optical signal-to-noise ratio (SNR), long-distance, quasi-distributed fiber Bragg grating (FBG) sensing systems with large capacities and low cost. The hybrid Raman-EDF amplification configuration arranged in the ring laser can enhance the optical SNR of FBG sensor signals significantly owing to the good combination of the high gain of the erbium-doped fiber amplifier (EDFA) and the low noise of the Raman amplification. Such a sensing system can support a large number of FBG sensors because of the use of a tunable fiber Fabry-Perot filter located within the ring laser and spatial division multiplexing for expansion of sensor channels. Experimental results show that an excellent optical SNR of approximately 60 dB has been achieved for a 50 km transmission distance with a low Raman pump power of approximately 170 mW at a wavelength of 1455 nm and a low EDFA pump power of approximately 40 mW at a wavelength of 980 nm, which is the highest optical SNR achieved so far for a 50 km long FBG sensor system, to our knowledge.     

Quasi-distributed fiber Bragg grating sensor system based on a Fourier domain mode locking fiber laser

A novel quasi-distributed fiber Bragg grating (FBG) sensor system based on Fourier domain mode locking (FDML) fiber laser is proposed and demonstrated. The low reflectivity FBGs with the same Bragg wavelength are connected cascaded in a long fiber working as the sensing elements of the sensor system as well as the wavelength and cavity length selecting elements of the FDML laser. By adjusting the driving frequency of the FDML fiber laser, lasing with different selected cavity lengths will be achieved correspondingly. When the wavelength of the working FBG shifts which includes the sensing information, FBG interrogation can be realized both in wavelength and time domain.