开放腔光纤法布里-珀罗干涉仪的气压传感

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气压测量在生产自控、航空航天、军事等领域中有着重要的角色。光纤气压传感器因其体积小、不受电磁干扰和探测精度高等优点尤其受到关注。本论文提出了三种结构的开放腔光纤法布里-珀罗干涉仪(FPI),并对其气压传感的机理、特性等进行了测量与分析。主要工作内容包括:  1、提出并演示了一种双毛细管结构光纤FPI。该干涉仪由单模光纤与两段不同内径毛细管熔接在一起而组成。气体经内径较细的毛细管可以容易地进入内径较大的毛细管构成的干涉仪谐振腔内。环境气压变化,则谐振腔内气体折射率随之发生改变,从而对应的干涉仪波长光谱发生漂移。通过测量该光谱漂移量,即可解调环境的气压。实验表明,该干涉仪结构简单,制备容易,应用于气压传感测量,其灵敏度可达4147p m/MPa ,常压下温度交叉灵敏度仅为~0.3KPa/℃。  2、提出并演示了一种毛细管内嵌玻璃微球光纤FPI,将单模光纤与一节毛细管熔接在一起,并在毛细管内嵌一个玻璃微球,从而单模光纤端面和玻璃微球之间的空气腔形成了一个FPI。由于微球后表面的反射,故该器件的光谱实际为三光束干涉光谱。为补偿环境温度的交叉敏感,利用谐振腔内气体和玻璃微球两者的折射率对气压和温度的不同响应特性而导致的干涉谱中不同干涉峰具有不同的气压及温度灵敏度,应用矩阵法和傅里叶带通滤波法分别实现了环境气压和温度的同时传感测量。  3、应用飞秒激光微加工技术和光纤熔接技术,制备并测试了一种侧方开孔的纤内微腔结构FPI。该传感器仅由单模光纤构成,外界气体可通过干涉仪侧方的微孔进入空气谐振腔内。实验测得该器件的气压灵敏度为~4131pm/MPa。  本论文研究的这三种开放腔光纤FPI气压传感器,具有结构简单、制备方便且灵敏度高等优点,具有一定的应用前景。
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