激光与光电子学进展, 2018, 55 (4): 040606, 网络出版: 2018-09-11   

基于表面等离子体共振的微位移光纤传感器 下载: 1491次

Micro-Displacement Optical Fiber Sensor Based on Surface Plasmon Resonance
作者单位
重庆三峡学院智能信息处理与控制重点实验室, 重庆 404100
图 & 表

图 1. 微位移光纤传感探针的原理示意图

Fig. 1. Sketch diagram of micro-displacement fiber sensing probe

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图 2. 渐变折射率多模光纤折射率分布

Fig. 2. Refractive index distribution of the graded-index multimode fiber

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图 3. 渐变折射率多模光纤光束传播轨迹

Fig. 3. Beam path in the graded-index multimode fiber

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图 4. 不同金膜厚度下的SPR透射光谱

Fig. 4. SPR transmission spectra under different thicknesses of gold film

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图 5. (a)仿真所得不同位移量产生不同的SPR共振光谱;(b) SPR共振波长随位移量的变化

Fig. 5. (a) SPR transmission spectra under different displacements by simulation; (b) resonance wavelength as a function of displacement

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图 6. (a)微位移光纤传感探针的显微镜照片;(b)微位移实验系统示意图

Fig. 6. (a) Image of the fiber sensing probe; (b) sketch diagram of the experiment system

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图 7. (a)实验所得不同位移量产生不同的SPR共振光谱;(b)SPR共振波长随位移量的变化

Fig. 7. (a) SPR transmission spectra under different displacements by experiment; (b) resonance wavelength as the function of displacement

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图 8. (a)~(c)不同研磨角β和液体折射率n下的光谱变化;(d)仿真与实验的共振波长比较

Fig. 8. (a)~(c) Spectra change under different fiber polishing angles β and different refractive indexes of liquid; (d) comparison between simulated (S) and experimental (E) results of resonance wavelength

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图 9. 光纤研磨角为12°、液体折射率为1.350时的共振波长-位移拟合曲线

Fig. 9. Resonance wavelength as a function of displacement when β=12° and n=1.350

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表 1各类光纤位移传感器参数比较

Table1. Performance comparison of optical fiber micro-displacement sensors

Sensor typeSensitivityTravelResolution
FBG[1]20.11 pm·mm-10-100 mm1.00 mm
LPFG[4]0.22 nm·μm-10-140 μm0.09 μm
SagnacFI[2]0.26%·μm-10-380 μm0.45 μm
M-Z FI[3]-1.89 dB·μm-10-13 μm0.05 μm
Modal FI[11]0.10 nm·μm-10-30 μm0.20 μm
Fiber bundle[12]60.00 mV·μm-10-12 mm15.00 nm
Otto-type SPR[9]31.45 nm·nm-10-10 nm0.60 pm
Proposed sensor10.32 nm·μm-10-25 μm2.00 nm

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魏勇, 苏于东, 刘春兰, 刘璐, 朱宗达, 张永慧. 基于表面等离子体共振的微位移光纤传感器[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(4): 040606. Yong Wei, Yudong Su, Chunlan Liu, Lu Liu, Zongda Zhu, Yonghui Zhang. Micro-Displacement Optical Fiber Sensor Based on Surface Plasmon Resonance[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(4): 040606.

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