熔融拉锥法制备微光纤及其传感特性研究

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本文从倏逝波原理出发,以熔融拉锥技术为主要制备方法,系统开展了基于多模/少模微光纤的模式干涉仪研究。探究了微光纤的折射率(RI)敏感特性,开发了微光纤辅助(MA)结构的微腔应变传感器。主要研究内容如下:(1)基于倏逝波原理,研究了单模微光纤的基本结构与光传输原理,分析了基于微光纤的模式干涉仪的工作原理。利用光束传播方法(BPM),仿真研究了单模、多模微光纤的模式激发与模式耦合特性。分析了拉锥参量设置对于腰锥倾角的影响;理论研究了微光纤模式干涉仪的温度和RI传感原理。(2)基于熔融拉锥法,开展了不同腰锥直径下多模、少模微光纤的制备研究,开展了对应微光纤的RI敏感特性研究。实验结果表明:多模微光纤腰锥直径为17.91μm时,RI灵敏度达到3192.67 nm/RIU;腰锥直径为16.3μm的少模微光纤,RI灵敏度提升至3821.3 nm/RIU。进而,开展基于前侧多模光纤拉锥的强度调制型RI传感器研究。结果表明,在1.33-1.37 RIU范围内,所制备传感器具有良好强度线性响应,灵敏度达-342.82 d B/RIU,便于实现高区分度的RI-温度联合同步测试。(3)以百微米级单模微光纤作为“桥接”,制备了多种MA结构的微腔干涉仪,分析了微光纤长度、直径、错位量对于微腔结构透射、反射光谱的影响。进而,开展了MA结构微腔干涉仪的轴向应变传感特性研究。实验结果表明,轴向应变的波长响应与微光纤长度相关,腔长为1284μm时,其在0~200με范围内的灵敏度达-10 pm/με,且线性度良好。进而,分别研究了微腔干涉仪的横向(弯曲)与切向(扭曲)应变传感特性。传感特性均表现为强度变化,但存在波段差异特性。弯曲测试时,L波段的强度灵敏度达-138.2 d B/m-1;扭曲测试时,C波段的强度灵敏度为23.98 d B/(rad/cm)。
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