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石英毛细管结构简单、成本低且具有天然的空芯圆对称结构,因此易于与光纤集成形成各种级联结构,是实现光纤传感器的重要载体。基于石英毛细管的传感器件主要包含法珀(Fabry-Perot,FP)、马赫曾德尔(Mach-Zehnder,MZ)、多模干涉(Multimode Interference,MMI)或反谐振(Antiresonant,AR)等干涉形式的传感器。通过石英毛细管与两段单模光纤可以构建“三段式”级联型结构(Single Mode Fiber-Capillary-Single Mode Fiber,SMF-Capillary-SMF),其透射和反射特性与器件加工方法和尺寸参数等因素相关。本文基于级联型石英毛细管器件,开展了器件制备研究,并系统地比较分析了器件的FP、MZ、MMI和AR传感机理,其混合传感机理可用于多参量传感,这对具有类似空芯结构的器件研究具有一定的指导意义。本论文的主要研究工作和成果如下:(1)研究了级联型石英毛细管器件的加工方法对器件传感机理的影响。通过调整熔接参数,如推进距离和放电强度,对小内径石英毛细管与单模光纤执行手动放电熔接。推进距离越大,熔接面处进入石英毛细管空芯的石英材料越多,因此熔接面处越容易形成耦合区,进而激发MMI。放电强度越强,熔接面处的石英毛细管空芯越容易塌陷形成耦合区,同样会激发MMI。因此,合理地控制推进距离和放电强度可以避免熔接面处产生耦合区,从而抑制小内径级联型石英毛细管器件的MMI。对小内径的石英毛细管,优化后的推进距离和放电强度为20μm和–50 bits,用于FP、MZ和AR机理的器件制备。(2)理论和实验上,通过透射谱与反射谱对级联型石英毛细管器件的传感机理进行了比较研究。仿真监测了不同内径的级联型石英毛细管器件的纤芯和包层模式的总能量变化。石英毛细管内径越大,能量在空芯和包层的分布越不均匀,MZ机理越不明显,甚至消失。此外,通过监测石英毛细管的纤芯模式说明器件存在AR机理。其中,内径为15μm的石英毛细管存在两个纤芯模式。实验上,我们制备了不同内径和不同长度的级联型石英毛细管器件,分别测量并分析了透射谱和反射谱。透射谱结果表明:内径为10和15μm器件的MZ机理条纹对比度分别为18.9和0.9 d B。随石英毛细管内径增大,MZ机理的条纹对比度减弱,甚至消失,与仿真监测的趋势一致,这也验证了内径为15μm的器件对应MZ机理从有到无的过渡态。内径为20μm的器件的实验透射谱和数值仿真透射谱具有很好的一致性。反射谱结果表明:独立或混合机理的出现还与石英毛细管的临界长度有关。由三种不同内径的级联型石英毛细管器件存在的传感机理可知,FP机理始终存在,MZ机理与石英毛细管内径有关,而AR机理与临界长度有关。