光子晶体光纤温度压力传感器

提出了一种在高温环境下同时测量温度和气压的光子晶体光纤温度压力传感器.在普通单模光纤和光子晶体光纤之间熔接一段空心光纤构成干涉结构.空心光纤段构成非本征法布里-珀罗干涉仪,利用光子晶体光纤的微孔与外界相通,通过气体折射率变化来测量环境中的气压变化;光子晶体光纤段构成本征法布里-珀罗干涉仪,利用热膨胀效应和热光效应来测量环境中的温度.传感器的解调通过自制的白光干涉解调仪实现,实验通过测量腔长得到被测环境的温度和气压.在不同温度和气压环境下,对腔长分别为306μm和1535μm的温度压力光纤传感器进行连续测量.实验结果表明,传感器能够在28~800℃的温度下和0~10 MPa的气压下稳定工作,测量范围内温度灵敏度可达17.4 nm/℃,压力灵敏度随温度增加而降低,在28℃时可达1460.5 nm/MPa.     

光子晶体光纤的低损耗电弧熔接方案

提出了一种利用传统电弧熔接机实现光子晶体光纤(PCF)与单模光纤(SMF)低损耗熔接的新方案.方案结合实验测量与理论计算,首先通过改变熔接时间、熔接电流等参量,考察了不同熔接功率对PCF端面气孔结构的影响.由此计算了PCF端面模场分布的相应变化,并根据两光纤端面模场的重叠积分计算了相应的熔接损耗,从而确定出对应低熔接损耗的熔接功率区间.综合考虑熔接强度等要求,反向选取了合理的熔接参量范围,实现了PCF-SMF之间低损耗、高强度的熔接.提出的熔接方案使熔接过程中PCF包层气孔的收缩变化、该变化对两光纤接合匹配度的影响等问题清晰化,克服了以往PCF-SMF熔接中难以设定合理熔接参量的问题,有效地提高了熔接效率和熔接质量.     

温度不敏感光纤光栅压强传感器

提出了一种新颖的高灵敏度温度不敏感光纤光栅压强传感器。该传感器主要由开口环传感机构和铝箔管组成，根据光纤布拉格光栅带宽调谐原理，首次采用开口环机构和利用带宽编码技术，实现了温度不敏感压强感测。实验结果表明：该传感器在低压范围内具有很高的压强传感灵敏度系数，可达2.50×103nm/MPa，实验结果与理论分析基本相符。通过选择不同材料的开口环和铝箔管的材料以及改变其结构参数，可灵活设计并调节压强传感灵敏度系数及压强感测范围。     

光子晶体光纤气体传感器

光纤传感器因其具有体积小、 抗电磁干扰、 灵敏度高、 可以形成分布式测量等优势, 成为传感领域研究的热 点之一. 介绍了光子晶体光纤气体传感器的基本原理、 分类及最新研究进展, 并指出了今后研究需要解决的问题     

基于锥形光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉的曲率传感器实验研究

提出了一种基于锥形光子晶体光纤(TPCF)马赫-曾德尔干涉的曲率传感器。它是通过将光子晶体光纤(PCF)两端与普通单模光纤(SMF)电弧熔接,并对PCF进行拉锥构成的SMF-TPCF-SMF结构,总长度为20 mm。在传感器制备过程中,通过调节熔接机的相关参数,使得熔接点处PCF空气孔完全塌陷,以便更好地激发包层模式,同时通过选择合适的PCF长度和拉锥长度使得传感器具有较高的曲率灵敏度。实验结果表明,随着传感器曲率的不断增大,其传输光谱出现明显蓝移现象。在0~1.16 m-1的曲率范围内,其曲率灵敏度为-5.39297 nm/m-1,且具有较好的线性度。该传感器具有结构简单、易于制造、灵敏度高等优点,且与其他结构传感器相比,能够消除温度的交叉敏感问题,可用于桥梁、建筑、道路等曲率传感领域。     

光子晶体光纤在熔接夹具中的受力分析

运用接触力学和圆环压溃强度理论对由V型槽固定的光子晶体光纤进行了受力分析。分别考虑了两种极限情况,以推导光纤中的应力分布。第一种情况假设光纤是完全由纯石英材料制成的内部均匀的实芯圆柱体;第二种情况是把光纤假设成一个空芯圆柱体。根据这两种极限情况推导出了光子晶体光纤受力后光纤内部的最大应力点位于平行于接触面的外层空气孔的附近。采用有限元方法验证了此结论,计算出了光子晶体光纤可能承受的最大压力,并给出了光子晶体光纤在V型槽中的应力分布和变形情况。     

基于花生形和光纤布喇格光栅结构的温度不敏感光纤曲率传感器

为了解决光纤传感器波长解调成本高以及交叉敏感的问题,提出一种温度不敏感光纤曲率传感器,该传感器是由花生形结构连接一个光纤布喇格光栅组成,对反射光采用强度解调.光进入花生形结构后激发出包层模式,通过光纤布喇格光栅反射后,反射的纤芯模再次在花生形结构产生不同阶次的包层模,然后和反射的纤芯模耦合,在反射光谱中除了光纤布喇格光栅的布喇格反射峰外,在短波长处出现若干个谐振峰,波长越小,包层模的阶次越高.实验结果表明曲率的变化范围为0.669 0~1.250 0m~(-1)时,测量到反射谐振峰平均光功率为2.260×10~(-7)~1.501×10~(-7) mW,灵敏度为-1.306×10~(-7) mW/m-1,在温度范围25℃~75℃内,反射包层模光功率基本保持不变.该传感器成本低且花生形结构制作简单、机械强度大.     

基于光子晶体光纤交叉敏感分离的磁场温度传感研究

提出了一种基于定向耦合效应和表面等离子共振效应的交叉敏感分离的磁场温度传感结构.在光子晶体光纤的一个特定空气孔中填充磁流体,利用磁流体的磁光效应和定向耦合效应形成磁场传感通道;在垂直方向的另一空气孔的内壁镀金纳米薄膜并填充甲苯液体,利用甲苯的温敏效应和表面等离子共振效应形成温度传感通道.对应输出谱出现两个损耗峰,测量损耗峰位置可以间接测出磁场强度和温度变化.通过理论计算()和结构优化,在90—270 Oe1 Oe=10~3/(4π) A/m范围内,磁场强度的灵敏度最高可达1.16 nm/Oe;在25—60?C范围内,温度的灵敏度可达-9.07 nm/?C.虽然填充的两种液体的折射率都受环境温度的影响,但通过建立灵敏度系数矩阵,可以消除磁场强度与温度的交叉敏感,实现磁场温度双参量的高灵敏度检测.     

基于游标效应的温度不敏感光纤拉力传感器

提出了一种基于光学游标效应的并联法布里-珀罗干涉仪,实现了高灵敏度的光纤拉力传感。为实现高质量的游标效应,该传感器由两个法布里-珀罗干涉仪并联组成,分别为传感干涉仪和参考干涉仪,在此基础上,采用光纤衰减器来精确调控参考干涉仪的插入损耗,便于波长和强度之间的完美匹配。实验结果显示,并联后的拉力灵敏度达到了63.5 nm/N,线性度为99.26%,与单一传感干涉仪相比灵敏度提高了15.8倍。同时,温度串扰仅为9.8×10^-4 N/°C。该传感器具备制作简单、灵敏度高、机械强度高、体积小以及成本低等优点,为恶劣条件下拉力测量提供了应用参考。     

同时测量温度和曲率的光纤传感器

提出了一种基于光纤布拉格光栅和马赫-曾德干涉仪相结合的同时测量曲率和温度的光纤传感器.该光纤传感器在马赫-曾德干涉仪中熔接一段布拉格光纤光栅,其中马赫-曾德干涉仪由两个花生形结构单模光纤熔接而成.实验结果表明,马赫-曾德干涉仪的透射谱中干涉峰和光纤布拉格光栅透射谱中谐振峰对曲率和温度有不同的响应灵敏度,因此可以利用矩阵实现对曲率和温度的同时测量.实验中测得马赫-曾德干涉仪曲率灵敏度为-27.58nm/m-1,光纤布拉格光栅在一定的测量范围内对曲率的变化不敏感,马赫-曾德干涉仪和光纤布拉格光栅的温度灵敏度分别为0.038 69nm/℃和0.012 17nm/℃.该系统采用全光纤结构,光纤布拉格光栅嵌入到马赫-曾德干涉仪中,因而结构紧凑和简单,且易于实现.     

基于光纤拉锥模场匹配技术的光子晶体光纤低损耗熔接

光子晶体光纤(PCF)与普通单模光纤(SMF)的低损耗熔接技术是光子晶体光纤走向实用化必须解决的关键技术问题。提出一种基于光纤拉锥模场匹配技术的光子晶体光纤低损耗熔接的新方法,利用熔融拉锥机对模场不匹配的两类PCF进行预处理,结合常规电弧放电熔接技术对三种不同类型的PCF与SMF的熔接损耗进行实验研究。在实验中通过精确控制熔融拉锥机各种参数,实现了不同模场直径PCF和SMF的模场匹配,该方案同时通过优化各种电弧放电参数,使熔接后的损耗降到了0.3dB以下,实现了PCF-SMF之间低损耗、高强度的熔接,满足了不同模场PCF实际应用的要求,具有很好的潜在应用价值。     

基于光纤布拉格光栅的温度不敏感的倾斜传感器

提出了一种新颖的光纤布拉格光栅(FBG)倾斜传感器设计,采用4根反射波长不同的FBG,该结构更简单和稳定,可用来测量平面内两维方向的倾斜角度,具有高灵敏性和测量精度,且无需附加的温度补偿装置即可消除环境温度的影响。初步的实验结果证实了该设计的可行性,表明此倾斜传感器的角度准确度和精度非常好,可以达到约0.3°的精度。需要强调的是,此倾斜传感器的性能还可进一步提高,通过增加悬垂物重量,或减小每对光纤之间的夹角来提高准确度和精度。     

高功率光子晶体光纤激光器温度分布研究

对高功率光子晶体光纤激光器温度分布问题进行了理论研究.在分析光纤热产生机理和结构的基础上,建立了双包层光子晶体光纤激光器稳态切面温度分布简单模型,数值模拟了光纤径向的温度分布、纤芯温度和纤芯-表面温差与纤芯热负载的关系,研究了光纤结构对温度分布的影响;并就激光器光纤泵浦端面的冷却方案进行讨论,数值模拟了外界对流系数不同时纤芯温度的大小.结果表明：对高功率光子晶体光纤激光器采用风冷和水冷的方法可以降低热效应的影响.     

温度弱敏感光纤高温压力传感器

针对高温压力测量需求,提出了一种温度弱敏感的光纤微机械电子(MEMS)压力传感技术.该技术采用非本征光纤法布里-珀罗干涉模型,利用MEMS压力敏感膜片对干涉光信号进行被动调制,进而实现压力信号测量.通过仿真计算热应力和材料自身热膨胀引入的温度寄生响应来分析温度信号对膜片位移的影响.在此基础上结合亚微米级白光干涉响应技术和低热应力封装工艺,研制了高温压力传感器样机.实验测试结果表明,在20—400℃范围内,可满足0—100 kPa压力测量,由温度变化引入测量误差低于4%.     

基于光子晶体光纤的弱压力传感器研究

利用有限元法仿真了光子晶体光纤的双折射与横向压力之间的关系,研究弱压力条件下光子晶体光栅的特性。虽然光子晶体光纤比传统的阶跃光纤对压力更为敏感,但弱压力导致的双折射变化很小,应用测量布拉格波长的变化测量压力的变化比较困难。采用偏振相关损耗来测量外界微弱压力导致的双折射变化。仿真结果表明：利用偏振相关损耗的方法,测量灵敏度可达0.75dB/MPa。     

熔融拉锥型光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉仪传感特性EI北大核心CSCD

基于熔融拉锥型光子晶体光纤（PCF）的马赫-曾德尔（M-Z）干涉仪是在一段实芯PCF两端分别熔接单模光纤后进行熔融拉锥制作而成的,该传感器透射光谱的干涉条纹对比度可达2．23dB。利用该传感器实现了对不同质量浓度氯化钠溶液传输光谱的检测,研究了其传输光谱与外界折射率的响应关系。实验结果表明,在折射率变化范围为1．333-1．349时,该传感器对于不同质量浓度氯化钠溶液的折射率测量灵敏度为210．075nm／RIU在温度测量范围为20℃-70℃时,其温度灵敏度约为0．0018nm／℃,在测量中能够克服温度交叉敏感问题。     

超低温度系数的光子晶体光纤Sagnac压力传感器

 提出了一种基于光子晶体光纤Sagnac干涉仪的横向压力传感器。使用的光子晶体光纤为低双折射光纤,首先预先在Saganc环中的光子晶体光纤上施加初始压力,使Sagnac干涉仪产生正弦干涉光谱,然后再将被测物体放在光子晶体光纤上,由于被测物体重力的作用,Saganc干涉仪输出的光谱产生移动,实现横向压力传感测量。传感器具有高灵敏度0.529 nm/(N·mm)及超低的温度系数-0.4 pm/℃,其环境温度的影响可以忽略。     

超低温度系数的光子晶体光纤Sagnac压力传感器

提出了一种基于光子晶体光纤Sagnac干涉仪的横向压力传感器。使用的光子晶体光纤为低双折射光纤,首先预先在Saganc环中的光子晶体光纤上施加初始压力,使Sagnac干涉仪产生正弦干涉光谱,然后再将被测物体放在光子晶体光纤上,由于被测物体重力的作用,Saganc干涉仪输出的光谱产生移动,实现横向压力传感测量。传感器具有高灵敏度0.529 nm/(N·mm)及超低的温度系数-0.4 pm/℃,其环境温度的影响可以忽略。     

全固双芯光子晶体光纤温度传感特性的研究

主要分析带隙型全固双芯光子晶体光纤填充高温度系数折射率敏感介质后的温度特性.应用平面波展开法和全矢量有限元法研究温度对其模场分布、有效折射率、耦合长度及温度传感的影响.理论计算结果表明,耦合长度随温度升高出现单极值或多极值点,奇模式的有效折射率随着温度的变化或波长的变化会出现跳变情况.     

温度可控极高负色散光子晶体光纤的研究

设计了一种温度调控的液晶填充光子晶体光纤,利用有限元法对光子晶体光纤的色散补偿特性进行数值模拟.从理论上分析了各结构参数对光子晶体光纤色散产生的影响,并进行结构参数优化.通过调节液晶折射率,将色散补偿位置精确调节至1 550nm处,负色散峰值为-426 000ps·nm~(-1)·km~(-1),2m长液晶填充光子晶体光纤可以补偿50 000m的标准单模光纤(G652).模拟结果显示,色散补偿波长随填充液晶有效折射率指数发生变化,通过温度调节可以实现1 533nm~1 552nm波长内的定量控制.