【摘 要】
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光纤传感技术由于性质稳定,抗干扰能力强,能够直接在光纤中获取信息,并通过光纤进行低损耗传输等特点,在技术上得到了迅猛的发展。基于光纤设计的传感器,因其石英材质不易受到电磁干扰且耐腐蚀的特点,已经能够很好地应用在各行各业?光子晶体光纤（Photonic crystal fibers,PCF）的提出,其多样的结构特征和出色的性能使得光纤传感的设计有了更多的思路,基于PCF的传感技术被应用在诸多行业。P
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光纤传感技术由于性质稳定,抗干扰能力强,能够直接在光纤中获取信息,并通过光纤进行低损耗传输等特点,在技术上得到了迅猛的发展。基于光纤设计的传感器,因其石英材质不易受到电磁干扰且耐腐蚀的特点,已经能够很好地应用在各行各业?光子晶体光纤（Photonic crystal fibers,PCF）的提出,其多样的结构特征和出色的性能使得光纤传感的设计有了更多的思路,基于PCF的传感技术被应用在诸多行业。PCF传感器能够实现于折射率、温度、湿度、气体分子浓度,磁场等的测量检测,并应用在输油管道、桥梁建筑、海底探测、生物医疗等行业,具有在传感器设计上更广阔的发展前景。同样的光子晶体光纤传感器也存在着一些问题需要改进,由于光子晶体光纤内部存在微孔结构,在熔接时这些微孔被不同程度的破坏,造成光子晶体光纤的熔接失败。本文在前人的研究基础上,首先提出了一种PCF与单模光纤（Single mode fiber,SMF）的空气耦合方案,解决了PCF与SMF耦合时PCF结构被破坏的问题;此外,提出了一种球形气泡耦合方案,在一定程度上解决了PCF与SMF耦合处,不能有效的将SMF的纤芯模扩散到PCF的纤芯与包层的问题。本文光子晶体光纤光纤为主要研究对象,实验主要研究内容及结果如下:首先设计了一种基于空气耦合的干涉型PCF折射率传感器。介绍了实验相关装置及传感器的制作工艺,以及实验测量方法。通过实验证明了该种传感器随外界折射率增加,谐振波谷有红移的趋势。当折射率测试范围在1.3360到1.3480内,该种传感器光谱漂移量对折射率变化的灵敏度为31.05nm/RIU。使用机械接续方案,相比于同类传感器设计可重复性得到了提高,并且能够保护PCF结构。其次设计了一种基于聚乙烯醇涂覆PCF湿度传感器。描述了该种传感器的结构设计及制作过程,介绍了敏感材料的制作及涂敷方式,并实际测量了传感器的湿度性能。测试范围在42%～62%的相对湿度范围内,灵敏度为0.0457nm/%RH?应用了探头式的光纤结构,在实际测量上相较于同类传感器,使用上更加方便。最后设计了一种基于空气泡分束的PCF曲率传感器。能够实现PCF的微小曲率测量。实验结果证明该种传感器在曲率范围在0m-1至0.014m-1内具有良好的拟合度,能够实现对曲率的传感。根据其压缩量可以得出在0mm～0.08mm范围内有45.0931nm/mm的灵敏度。采用空气泡结构作为传感器的分束部分,相比于其他耦合模式,能更好的将纤芯模扩束到PCF中。
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