基于级联Sagnac干涉效应的光纤温度和磁场传感器设计与研究
21世纪以来，科技与经济的飞速发展对人类的食品卫生、环境保护、生物安全等带来了诸多挑战。在应对这些挑战时，人们往往需要使用传感器，而且对它传感性能的要求越来越高。由于具有体积小、结构简单、抗电磁干扰的优点，光纤传感器引起了人们的广泛关注。然而，普通光纤存在交叉敏感、保偏性能差、耦合损耗大等难以克服的缺点，限制了光纤传感器的进一步发展。近年来，光子晶体光纤的蓬勃发展给传感器的设计与研究带来了新维度。光子晶体光纤具有很高的双折射系数，模场分布可调，能够克服普通光纤传感器面临的问题，因此，在光传感与微纳尺度光学领域受到越来越多的关注。 针对高性能光纤传感器，本论文完成了以下三方面研究工作： (1)、首先，我们设计了气孔按照圆形晶格排列的光子晶体光纤，并详细研究了它的导光性能。在此基础上，结合表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)效应，提出了一种折射率传感器。该传感器能够在近红外波段,对折射率在1.29-1.39范围内的待测物实现高灵敏度传感，平均波长灵敏度可达4893nm/RIU。 (2)、在实际工作环境中往往需要对多种参量同时进行监测。为了满足这种需求，本文在SPR传感原理的基础上,引入光纤Sagnac环,利用SPR与Sagnac干涉效应的耦合,设计了一种基于圆形晶格光子晶体光纤的双参量传感器。在0至25℃的温度范围内和0-80mT的磁场范围内，该传感器能够实现温度与磁场的双参量同时监测，并且具有高灵敏度和小几何尺寸的优势。 (3)、为了进一步提高温度传感器的灵敏度，我们设计了基于圆形晶格光子晶体光纤的双Sagnac干涉环，利用它们级联后形成的游标效应(Vernier效应)对灵敏度进行增敏。详细探究了串联和并联对传感器性能的影响。结果表明；与单个光纤Sagnac环传感器相比，我们所提出的并联光纤Sagnac干涉环传感器对温度的灵敏度提高了6倍。
光纤传感器;优化设计;表面等离子共振;级联Sagnac干涉效应
兰州理工大学
硕士
物理电子学
王道斌;元丽华
2022
中文
TP212.14;TP202
2023-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）