工字型光纤拉锥的折射率传感及光学器件研究

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微纳光纤除了能够实现传统的光波导功能之外,还具有很多不同于普通光纤的特性,比如良好的直径均匀度、原子级的表面粗糙度、极好的柔韧性、较强的机械强度、以及光在光纤中传播时,部分光能以消逝场的形式在光纤外部进行传播。微纳光纤这些性质使其在光纤传输、调制、耦合、传感等光电领域具有显著的应用。目前微纳光纤的应用领域不仅有折射率、温度、湿度等环境参数的测量,还可以测量气体浓度、物质浓度等参数。微纳光纤的传感机理是基于光与物质之间的相互作用。本文所使用的工字型微纳光纤由于其特殊的结构,具有更高比例的消逝场,这样就实现了光与物质之间更强的相互作用,可以用来制作灵敏度更高的微纳光纤传感器。本文首先对工字型微纳光纤的折射率敏感特性以及温度敏感特性进行了测试,其折射率敏感特性在1.395-1.400的折射率范围内可以达到的最大灵敏度为4096nm/RIU,将其用聚二甲基硅氧烷封装之后,由于其高热光系数的特性,在温度敏感性测试中,在25℃-40℃的温度范围内具有高达5.56nm/℃的温度灵敏度。另外,本文对工字型微纳光纤吸收传感工作中的传感部分进行了改进,即将单模光纤-工字型微纳光纤-单模光纤的结构替换为多模光纤-工字型微纳光纤-多模光纤的结构。实验过程中替换之后的结构不仅吸收基线更为平整,而且对R6G溶液浓度的探测极限更是可以达到1×10-11mol/L。本文使用的工字型微纳光纤,其特殊的结构打破了普通微纳光纤光场分布的圆对称性,获得了更强的消逝场,实现了高灵敏度的折射率传感测试、温度传感测试以及吸收传感测试。相对于同类型的普通微纳光纤传感器获得了较大的提升,这为现有的普通微纳光纤传感器的性能提升提供了很好的发展契机。
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