基于BOTDA的分布式光纤高温传感研究(特邀)

基于布里渊光时域分析(Brillouin optical time-domain analysis,BOTDA)测量技术分别研究了单模光纤、光子晶体光纤和镀金光纤在1100℃、1200℃和1000℃的高温传感特性,通过对石英光纤的布里渊频移(Brillouin frequency shift,BFS)跳跃现象和涂覆层燃烧现象进行研究,指出石英光纤均需要退火才能够达到热稳定状态。退火后,三种光纤的布里渊频移随温度呈非线性变化。其中,单模光纤和光子晶体光纤高温状态下涂覆层气化,二氧化硅发生晶化导致其机械强度大幅下降,因此仅能作为一次性高温传感器;镀金光纤由于金涂层具有较高的熔点和良好的气密性,高温退火后仍然能够保持良好的机械强度,因此可以作为一种重复使用的高温传感器。该研究有望为高温传感应用(如涡轮发动机内部温度监测)提供一种技术参考。

基于双峰谐振效应的镀金属长周期光纤光栅液体浓度传感器

利用长周期光纤光栅(LPFG)中的双峰谐振效应,结合表面等离子体共振(SPR)传感器的高灵敏度,提出了一种新型镀金属光纤光栅液体浓度传感器。采用双包层结构模型和耦合模理论,分析了镀金属长周期光纤光栅双峰效应的谐振特性,环境折射率的传感特性以及金属膜厚对双峰LPFG灵敏度的影响。实验上制作了具有双峰效应的镀银膜长周期光纤光栅,并进行了NaCl盐溶液浓度的监测实验。结果表明,随着盐溶液浓度的增大,双峰谐振峰相互远离,各自向短波和长波方向偏移。选择银膜厚为103 nm的光纤光栅传感器,对溶液折射率分辨率可达1.8×10-5。进一步通过与基于双峰效应的无镀膜光纤光栅和普通单峰光纤光栅的盐溶液传感实验的比较,表明基于双峰效应镀金属长周期光纤光栅传感器对溶液浓度的监测灵敏度明显高于前两者。