无增敏材料修饰的高灵敏度光纤湿度传感器

设计并制作了一种高灵敏度且制作简单的聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)微球与单模光纤复合的湿度传感器。该光纤湿度传感器由PMMA微球与单模光纤构成。由于在微球中形成了法布里-珀罗腔,当外界环境湿度升高时,PMMA微球吸收水分子体积膨胀,导致法布里-珀罗腔的腔长增长,使得传感器干涉光谱的波峰(谷)发生红移,从而实现湿度传感。对所制作传感器的湿度响应、稳定性和重复性等进行了实验研究,实验结果表明:在30%~80%湿度范围内,该湿度传感器的灵敏度达173.36 pm/%RH,波长漂移随相对湿度变化呈良好的线性关系,其线性度达0.99226,且具有良好的稳定性和重复性。该PMMA微球与单模光纤复合的湿度传感器具有灵敏度高、结构简单、无需镀膜且易于制作的优点。

一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器

光纤布拉格光栅已经成为非常有前景的温度、应力及其它参数测量的传感元件,但其存在温度和应力的交叉敏感问题。提出了一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器,将一个布拉格光纤光栅分成两半,各自具有不同的包层半径,其中一半保持不变,另一半包层半径从62.5μm减小到40μm。实验结果表明,两半光纤布拉格光栅的温度灵敏度均为10.4 pm/°C,而应力灵敏度分别为1.12 pm/ue和3.89 pm/ue。初始的单个布拉格反射峰分裂成两个,分别对温度和应力敏感,而两个反射峰之间的波长差只受应力的影响,随着应力的增加其波长差逐渐增加。因此,通过这一个光纤布拉格光栅即可分辨出温度和应力所引起的布拉格波长漂移。该光纤光栅传感器结构简单、体积小巧、成本低廉、制作方便,可以广泛应用在各个领域实现温度和应力的同时测量。

基于粗锥结构级联LPFG的双包层光纤多参量传感器

提出了一种基于模间干涉的测量温度、折射率和轴向应变的光纤传感器.在单模光纤与双包层光纤熔接点处形成粗锥,再与两个周期不同的长周期光纤光栅级联,由于模场失配,激发高阶模,形成三个谐振峰,且对不同参量有不同的灵敏度响应,通过解调三个谐振峰的波长漂移,利用系数灵敏度矩阵,可以测量温度、折射率和轴向应变.实验结果表明,温度在25℃~75℃范围内,灵敏度分别为60.07 pm/℃,6.47 pm/℃和103.83 pm/℃;折射率在1.3355~1.3595范围内,灵敏度分别为−56.64 nm/RIU,34.02 nm/RIU和−214.84 nm/RIU;轴向应变在200με~1400με范围内,灵敏度分别为−2.14 pm/με,−3.61 pm/με和−2.59 pm/με,且分辨率分别为1.29℃、0.00042 RIU和21.42με.该传感器具有灵敏度高、线性度良好等优点,可广泛应用于多参量测量领域。

基于双包层光纤布拉格光栅传感器的锂电池组温度场监控

锂离子电池是当今最通用的储能技术之一,锂电池的可靠性和安全性一直是业界追求的目标,因此准确监控电池安全状态显得尤为重要.锂电池内部的热失控是一切锂电池安全问题的根源,为克服目前锂电池组温度测量系统测温精度不高,较高温度下长时间工作稳定性不足等问题,本文提出了一种基于双包层光纤布拉格光栅(FBG)的准分布式锂电池组温度监测系统.通过搭建4通道16个双包层FBG点位对18650锂电池组进行温度场及鼓包形变监测,结果表明在0—450℃的温度条件下可以精确确定由短路等问题产生异常温度升高的点位,相应温度灵敏度为10 pm/℃,分辨率达0.1℃,并且贴于锂电池壳体表面的双包层FBG还可以监测电池壳体表面出现的鼓包形变现象,其纵向压力应变灵敏度达142 pm/N.本文的双包层FBG准分布式锂电池组温度场监测系统既可以保证高精度的温度、形变测量,同时具有良好的稳定性和抗干扰能力,表明本文的研究工作有望为锂电池组的安全监测和使用提供可靠的理论与实验依据.

光纤温湿度传感器功率响应与涂覆层厚度关系

采用了一种基于光强度调制的双包层单模光纤温湿度传感器,对其结构特性和工作机理进行研究;根据光波导理论推导出了双包层光纤的模式场分布情况与特征方程;在传感器的制作过程中,对光纤的腐蚀工艺、温湿度敏感材料的选择、涂覆方法等作出实验分析。实验研究表明:敏感材料的涂覆厚度对传感器的光功率输出响应范围和线性度具有很大的影响,需要控制好涂覆层的厚度,以达到理想的光强调制深度和响应线性度。

琼脂糖光纤湿度传感器响应特性与温度的关系

本文用琼脂糖水凝胶制作了插入损耗为?0.08 dB、在30%~100% RH相对湿度变化范围的光强变化为15 dB的双包层单模光纤湿度传感器,在25℃~34℃的不同温度条件下,检测了该传感器输出光强随相对湿度的变化。根据饱和水汽压与温度的关系和实验结果,证实了被测气体相对湿度较小时,琼脂糖涂层的吸湿能力强,对温度变化敏感;随着相对湿度的升高,吸湿能力降低。在25℃~34℃的温度变化范围内,被测气体相对湿度分别为30%、90%和100% RH时,传感器对温度的灵敏度分别为0.3 dB/℃、0.1 dB/℃和0 dB/℃。实验结果还证实,琼脂糖在饱和吸收水份后的折射率近似等于康宁光纤包层的。本文研究结果说明,在应用光纤湿度传感器时,必须同时监测被测气体的温度,才能严谨地确定被测气体的相对湿度。

基于双包层大模场光纤的Fabry-Perot应变传感器

提出了一种通过化学腐蚀对双包层大模场光纤进行加工,并结合放电熔接工艺制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的方法。将尺寸为20/125μm的双包层大模场光纤端面切平后在浓度为40%氢氟酸中浸泡20 min使光纤端面形成凹槽,再与端面切平的HI-1060光纤进行熔接,在熔接点处形成气泡,构成全光纤F-P腔结构,反射谱波长周期为9 nm,条纹对比度达到9. 55 dB。采用等强度梁对传感器的应变特性进行测试与分析,在0~350με范围内分别进行加载与卸载实验,波长灵敏度大于2. 88 pm/με,线性度高于0. 99。

双包层光纤微弯传感器及其暗场检测技术研究

提出一种基于双包层光纤和耦合器的双包层光纤微弯传感器结构及暗场检测方法。通过理论和仿真分析,建立了双包层光纤弯曲损耗的理论模型;通过对光纤结构参数与传感器灵敏度关系的仿真,获得了实验用光纤最佳结构参数;理论和仿真分析了变形器的最佳周期、齿间距和齿数问题;对双包层光纤微弯传感器及其暗场检测方法进行了实验研究,结果显示,传感器输出光场与光纤形变之间有着较好的线性关系。

掺镱双包层结构单模石英光纤的制备

主要介绍了用MCVD工艺及溶液掺杂法制备掺Yb3+双包层结构单模石英光纤的原理及制作工艺。制作出Yb3+掺杂浓度高(吸收损耗2-10dB/m)(976nm)、基底损耗低(<10dB/Km)(1300nm)的掺Yb3+双包层结构单模石英光纤。

双包层单模光纤光学参数对传输特性的影响

对特征方程直接求导解得了基模群时延和群速色散,讨论了双包层单模光纤不同折射率分布对传播常数、群时延、群速色散以及零色散点波长的影响。研究结果表明:光学参数,即纤芯和外包层的相对折射率(P)以及内包层和外包层的相对折射率(R)对该类光纤的传播常数、群速度、群速色散和零色散点波长均有比较明显的影响,影响的大小及规律随参数的不同又有所不同。这些规律为设计满足不同色散要求的双包层单模光纤提供了理论依据。

双包层单模光纤结构参数对传输特性的影响

推导了双包层单模光纤的特征方程,对特征方程直接求导解得了基模群时延和群速色散,讨论了结构参数对传播常数、群时延以及群速色散的影响.研究结果表明:纤芯半径(a)和纤芯半径与内包层外半径之比(Q)对光纤的传输特性参数传播常数、群速度以及群速色散均有不同程度的影响,影响的大小及规律与a和Q的值有关.

基于细芯光纤与双球结构的温度湿度传感器

为了实现多参量的同时测量,制作了一种将两根单模光纤的一端起球后,并在中间熔接一根3.4 cm长的细芯光纤;然后在细芯中间拉锥,从而构成马赫-曾德尔干涉仪;利用传感器透射谱中特定波长范围内的不同谐振峰,完成温度与相对湿度的同时测量。结果表明:传感器透射谱谐振峰波谷Dip1和波峰Dip2的中心波长随温度变化、相对湿度变化均有很好的线性关系。特别是在谐振峰波峰Dip2的中心波长处测得温度灵敏度达到35.79 pm/℃,湿度灵敏度达到45 pm/%RH。设计出的传感器结构简单、成本低、灵敏度高、结构重复性好,在环境监测和安全监测等领域能起到重要作用。

任意芯双包层单模光纤模场直径的理论与实验研究

本文介绍通过计算机对任意芯双包层单模光纤的模场直径的研究,该方法具有适用范围广、精度高、速度快的特点。计算结果与实际测量对比,证明该方法有较好的实用价值。

以单轴晶体为内包层的双包层光纤偏振特性研究

本文研究了以单轴晶体为内包层的双包层高双折射光纤的传输和偏振特性．在弱波导近似下,应用光波导理论,得出了ｏ光与ｅ光的色散方程及截止特性．通过计算机的模拟与分析,划分出了截止区、单模单偏振区、单模双偏振区及多模区;分析了单模单偏区和单模双偏区存在的条件;研究了单模双偏区两偏振模式的偏振色散特性．结果表明,几何参数Ｓ、光学参数Ｒｘ、Ｒｙ及外包层折射率η３对所划分的四个区域及所对应的偏振特性有着极为明显的影响．此结果为光纤保偏器的设计和应用高双折射单模光纤构成新型光纤传感器的设计提供了可靠的理论依据．

掺镱双包层光纤激光器的理论与实验研究

从速率方程出发,对F-P腔掺镱双包层光纤激光器的输出特性进行了理论分析与数值模拟;根据模拟结果进行了光纤激光器的实验研究,获得中心波长为1081 nm、最大功率为2.4 W的近单模连续光纤激光输出,光-光转换效率为34.3%,斜率效率为50.0%,实验结果与理论模拟结论一致.

新型结构光纤传感器的制备与特性研究

以CO_(2)激光的热融法为手段,采用周期性螺旋扭转的加工技术实现了螺旋型双包层光纤光栅的制备。结合耦合模型理论,对其传输谱特性进行了研究。为了对光纤存在模式进行准确的模拟,采用的模型为4层波导模型。根据实验数据可得,制备的光栅可实现扭转、弯曲、温度及应变的测量。通过对制作周期的合适选择可实现纤芯模式与内包层模式的耦合,从而形成一种对外部环境折射率变化不敏感的传感器。

双包层单模光纤传感器及其在温度/湿度传感方面的应用

提出了一种双包层单模光纤传感器结构，根据波导理论推导出了光纤中导模变为泄漏模时，外包层折射率与双包层结构参量之间的关系，获得了这种光强调制型传感器可测量的折射率变化范围。利用已知热光系数的材料制作的温度传感器，从实验上证实了理论分析结果，并由理论与实验结果的分析得到了传感器的工作原理是：导模变为泄漏模后，输出光强与外包层一定范围的折射率变化有准线性关系。获得了在55～105℃的温度范围内的具有准线性响应的温度传感器，光强变化范围达到了39dB；提出了利用一种围栏结构在光纤上涂覆敏感材料的简便方法，用琼脂糖制作出了插入损耗仅0．5dB、相对湿度（RH）在30％～100％范围具有准线性响应、光强变化范围接近9dB的光纤湿度传感器。

高重复频率、单模纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一种基于主振荡放大技术的全光纤脉冲激光器.种子激光器使用直接调制的单纵模半导体激光器,其输出波长为1063.8nm,重复频率100kHz～10MHz连续可调谐,光纤放大器采用了多级放大器级联的方法.在重复频率100kHz、脉冲宽度5ns时,激光器获得了平均功率为1.2W,峰值功率为2.4kW的单横模激光脉冲输出.

温度修正的单模光纤宏弯损耗特性理论分析

为了研究单模光纤宏弯损耗特性与温度变化的关系,文章根据Faustini L提出的理论公式进行了热光效应和热膨胀效应修正,基于该公式对温度影响下的纤芯—包层—无限涂覆层结构SMF28和1060XP单模光纤宏弯损耗分别进行了仿真分析,探究了温度、波长和弯曲半径等因素对单模光纤宏弯损耗特性的影响,并得到两种单模光纤与温度之间的线性拟合结果。研究结果表明,宏弯损耗随弯曲半径的减小而增大,随波长的增大而增大,随温度的升高而减小;当弯曲半径和波长一定时,宏弯损耗与温度之间具有单调性;增大弯曲圈数可有效增加其对温度的灵敏度。

基于表面温敏薄膜的锥形双包层光纤温度传感器

提出了一种基于温敏薄膜的锥形双包层光纤(TDCF)温度传感器,其由两段普通单模光纤(SMF)之间熔接一段TDCF组成,呈SMF-TDCF-SMF结构。由于输入端SMF纤芯模的模场与TDCF纤芯模的模场极度不匹配,因此由SMF传输过来的光除一部分耦合进TDCF的纤芯中外,其余部分耦合进TDCF的包层中以包层模的形式向前传输。当这两束光到达输出端SMF时发生干涉,形成马赫-曾德尔干涉仪。在锥区涂覆一层温度敏感薄膜,使得TDCF纤芯模和包层模之间的光程差会随着外界温度的变化而改变,从而引起传感器干涉谱的变化,因此可以通过检测传感光谱的变化实现对温度的测量。实验研究了传感器的温度特性,结果表明:随着拉锥长度的增加,干涉光谱的自由光谱范围逐渐减小。当拉锥长度为16mm,温度在32~65.3℃范围内时,随着温度的增加,传感器的传输光谱出现蓝移现象,温度灵敏度最高可达-1296.78pm/℃,且具有很好的线性度。该传感器制作简单、灵敏度高,在科学研究和工农业生产的温度测量场合具有较好的应用前景。