Multimode Interference Refractive Index Sensor Based on Coreless Fiber

multimode 干扰折射索引(RI ) 传感器数字地并且试验性地基于无核心的纤维被表明。二相同单个模式纤维(SMF ) 在什么时候的能被看作微弱地与步索引侧面指导 multimode 纤维(MMF ) 的等价物的无核心的纤维的节的两结束被拼接包围折射索引(SRI ) 比无核心的纤维的低。因此，它成为常规单个模式的 multimode 单个模式(SMS ) 纤维结构但是与一种更大的核心尺寸。产量系列将由于无核心的纤维的直接暴露在 SRI 与变化一起变。在不同 SRI 下面的产量系列数字地被学习，以及有无核心的纤维的不同长度和直径的敏感。断言和计算与试验性的结果显示出好协议。证明由确认可行的建议 RI 传感器试验，并且相对错误仅仅是 0.1% 哪个占据了更好的察觉到的性能和有实行可能。

基于少模-无芯-少模光纤结构的高灵敏度折射率传感器

光纤折射率传感器广泛应用于各种复杂环境的监测。设计了一种基于少模光纤(fewmode fiber,FMF)–无芯光纤(coreless fiber,CLF)–FMF结构的高灵敏度折射率传感器。该传感器由2小段FMF之间熔接1段减薄的CLF组成马赫-增德尔干涉仪(Mach–Zehnder interference,MZI),测量外界折射率,利用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)进行温度补偿。MZI干涉光谱中的谐振波谷同时受折射率和温度影响,FBG只受温度的影响。利用MZI和FBG的折射率和温度灵敏度系数构建灵敏度矩阵,实现折射率和温度的同步测量。实验结果表明,MZI折射率灵敏度为345.66 nm/RIU,温度灵敏度为0.013 4 nm/℃;FBG的温度灵敏度为0.010 4 nm/℃。

基于错位偏移无芯光纤的高灵敏度湿度传感器

提出一种通过错位偏移拼接的高灵敏度光纤湿度传感器,使用无芯光纤进行错位结构熔接,形成马赫-曾德尔干涉结构。在结构的错位端面采用具有良好吸水性的聚乙烯醇(PVA)作为涂覆层材料,对传感器进行了理论与试验的研究。实验结果表明:所提出的传感器具有良好的折射率特性和湿度特性,灵敏度可达-77.4284 nm/RIU,此外涂覆PVA的传感器在测量湿度的同时提高光纤传感器的机械强度,使错位光纤传感器在工程应用中得以应用。

基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感特性研究

提出了一种基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感器,对传感器进行了理论分析和实验研究。该传感器将无芯光纤(coreless fiber,CLF)与少模光纤(few-mode fiber,FMF)同轴熔接,构建无芯-少模-无芯的光纤结构,结构两端熔接单模(single mode fiber,SMF)光纤作为输入输出光纤,第1段无芯光纤与单模光纤的模式失配起到激发高阶模的作用,少模光纤中的LP01与LP11两种模式沿少模光纤纤芯传输,在第2段无芯光纤的作用下LP01与LP11两种模式重新耦合回单模光纤,LP01与LP11两种模式发生干涉,形成干涉光谱。当外界温度变化时,两种模式的光程差发生变化,干涉光谱的干涉波谷发生漂移,选取2个不同的干涉波谷作为特征波长,进行实验分析。实验结果表明:波长在1550 nm和1534 nm附近的干涉谷均发生红移,相应的温度灵敏度分别为68 pm/℃和44.5 pm/℃。该传感结构制作简单、灵敏度高,有很好的应用前景。

基于飞秒激光加工的光纤光镊

利用飞秒激光微加工技术在单模光纤—多模光纤—无芯光纤“三明治”光纤结构的无芯光纤端加工菲涅尔透镜,从而形成了新型光纤光镊。对该光镊结构的出射光场以及不同条件下的光阱力变化进行了数值计算,通过实验验证了理论的可行性。这种光纤结构可用于粒子捕获、操控以及微流控分析等领域。

F-P干涉仪构成的光纤位移传感器

设计了一款基于光纤法布里-珀罗(F-P)干涉仪型的位移传感器。首先将单模光纤和无芯光纤拼接在一起,把无芯光纤的末端切成平面,然后把该结构固定在精密位移平台上,最后在无芯光纤末端位置处垂直放置一面全反镜,构成一个复合的F-P干涉仪。实验中,调节精密位移平台上的千分尺来改变无芯光纤与平面镜镜面的距离,从而改变F-P干涉仪的腔长。实验结果表明,干涉仪的反射谱谐振峰中心波长随位移变化发生线性漂移,通过考察中心波长漂移量实现位移量的精确测量。实验获得传感器最大位移灵敏度为-80.95 pm/μm,测量最大位移量为160μm。设计的光纤位移传感器结构简单,易制作及灵敏度高,在航空航天、海底探测等精度要求较高的微位移测量场合具有一定的应用前景。

一种双参量同时测量的MZI传感器

为了获得能够实现双参量同时测量的高灵敏度光纤传感器,设计了一款单模光纤-无芯光纤-单模光纤拼接结构的马赫-泽德尔干涉仪(MZI)传感器,通过对无芯光纤进行精准拉锥,提高了传感器对外界参量变化的敏感度。实验研究了传感器透射谱与轴向应变和环境折射率之间的变化规律,发现传感器透射谱谐振峰波谷的中心波长与轴向应变、折射率之间均有很好的线性关系,最大应变灵敏度为7.829 pm/με,最大折射率灵敏度为330.2 nm/RIU。此外,利用轴向应变与环境折射率灵敏度构建测量矩阵,消除了交叉敏感,实现了轴向应变与环境折射率的同时测量。

梯度折射率光纤透镜的薄透镜等效分析

从等效薄透镜的角度对热扩束(TEC)光纤+无芯光纤+梯度折射率(GRIN)光纤透镜进行了细致的理论分析,其中TEC光纤调整输入高斯光束的束腰半径,无芯光纤控制束腰和薄透镜间的距离,GRIN光纤两主面之间部分等效为薄透镜,其焦距由光纤的折射率分布参数g决定。推导了出射高斯光束的束腰半径和工作距离的解析表达式,进而对该光纤透镜做了数值模拟,讨论了无芯光纤和GRIN多模光纤的长度对光纤透镜参数的影响。当GRIN光纤透镜用作准直器使用时,其最大束腰直径可达到80μm,可将单模光纤的远场发散角压缩8倍;用于MEMS器件时,最大工作距离可达到3 mm。

非弱导条件下单模-多模-单模光纤结构的数值模拟及分析

针对非弱导条件下单模-多模-单模(SMS)结构光纤段的理论分析,研究了简单准确的数值模拟方法。利用输入场的泰勒级数展开和多模光纤内电磁场的矢量模式展开,分析了在非弱导条件下SMS结构光纤的多模光纤段中所有模式的传播特性和透射率。基于对模式特征方程的分析,通过合理选择对SMS结构光纤的多模干涉特性有贡献的最少的模式数,计算出每个模式的透射率并与实验结果比较,证明了在单模光纤和多模光纤纤芯精确对准的情况下,利用线偏振径向函数即零阶贝赛尔函数展开多模光纤内的电磁场(标量模型)可以得到很好的数值模拟结果。该结论可有效降低理论研究的复杂性。

新型无芯碳纤维电热元件的失效分析及其制备工艺优化

对失效的碳纤维无芯电热元件进行综合分析,失效特征和显微结构分析结果表明,电热元件的高温定型以及脱芯工艺直接影响着其成品的寿命及电热特性。开发了适用于无芯碳纤维电热材料的高温热处理设备和新型的脱芯工艺。经测试,优化工艺之后的无芯电热元件的表面温度均匀性及工作寿命均有较大提高。