1 武汉理工大学 光纤传感技术与网络国家工程研究中心，武汉 430070
2 武汉理工大学 材料科学与工程学院，武汉 430070
3 武汉理工大学 信息工程学院，武汉 430070
4 武汉理工大学 理学院，武汉 430070
设计基于钽基氢气传感薄膜的新型光纤氢气传感系统，采用本征具有3~4 nm平坦区域的放大自发辐射光源作为传感光源，利用相位掩模法在单模光纤中刻写中心波长位于光源平坦区域的高反射率光栅，采用磁控溅射方法在单模光纤端面沉积40 nm Ta0.88Pd0.12~10 nm Pd~6 nm Pt~40 nm PTFE多层纳米复合薄膜制备微反射镜型氢气传感探头。高反射光栅的反射峰强度（I1）几乎不受氢气传感薄膜反射率影响，其峰值作为参考信号；高反射光栅附近的背底强度（I2）受氢气传感薄膜反射率影响，其强度作为传感信号。通过高反射光栅的反射峰强度（I1）与背底光强度（I2）的比值监测氢气浓度，可以大幅提升系统信噪比。利用氮气作为载气对传感探头进行氢敏性能测试，实验结果表明传感探头具有较好的重复性和稳定性，并且在低浓度氢气下传感探头灵敏度较好。该传感探头具有在无氧环境下监测氢气浓度的潜力。
光纤传感 氢气监测 TaPd复合膜 无氧环境 磁控溅射 Fiber optic sensor Hydrogen monitoring TaPd composite film Anaerobic environment Magnetron sputtering
1 武汉理工大学 光纤传感国家工程实验室, 武汉 430070
2 中国工程物理研究院, 四川 绵阳 621907
将优化制备工艺的Pt/WO3薄膜与增敏的光纤光栅相结合制备氢气传感器探头, 使传感器的性能得到大幅改进.氢敏测试实验结果表明: 经过315℃热处理铂钨比为1∶5的Pt/WO3薄膜具有更好的氢气响应能力；经过施加轴向预应力结构增敏的光纤光栅温度灵敏度为16.3 pm/℃, 大约是裸光栅的两倍;改性后的光纤光栅氢气传感器在氢气浓度为10 000 ppm、2 000 ppm、400 ppm时, 中心波长漂移量分别对应为720 pm、115 pm、20 pm, 并在1 min内达到最大漂移值, 氢气浓度每变化0.01%, 波长漂移分别达到7.2 pm、5.7 pm、5 pm, 氢气最低检测极限可达到0.04%.
Pt/WO3薄膜 温度增敏 氢敏性能 光纤布喇格光栅 Pt-loaded WO3 coating Enhanced temperrature sensitivity Hydrogen sensitivity Fiber Bragg Grating(FBG)
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 中国工程物理研究院, 四川 绵阳 621907
采用溶胶凝胶法制备纳米级WO3, 掺杂不同含量的氯铂酸并混合搅拌均匀, 再进行热处理, 将所得粉体均匀涂覆在光纤光栅周围, 制备出具有氢敏特性的光纤光栅传感器.实验中, 通过改变氯铂酸掺杂量和热处理温度并进行XRD物相分析得：随着Pt∶W的降低以及热处理温度的升高, WO3的结晶度不断提高；通入不同浓度的氢气对传感器进行氢敏性能测试发现, 经过300℃热处理, Pt∶W为1∶9时, 对4%浓度的氢气能达到15 s的响应速度, 最高有140 pm的中心波长变化, 多次重复通氢气, 重复性良好；当热处理温度达到500℃时, 材料对氢气已经不敏感.
离子交换 晶体结构 光纤光栅 氢敏 Ion exchange Pt/WO3 Pt/WO3 Crystal structure FBG Hydrogen sensitivity
武汉理工大学光纤传感国家工程实验室， 湖北 武汉 430070
建立了一种侧边抛磨光子晶体光纤(SP-PCF)的光学模型，通过数值仿真和实验研究了这种侧边抛磨光子晶体光纤在不同抛磨厚度和不同环境介质折射率条件下的光学特性。实验结果表明，存在一个抛磨敏感区域，当抛磨深度在敏感区域内变化时，光子晶体光纤(PCF)的基模有效折射率随着环境介质折射率的改变而发生明显变化。这种侧边抛磨光子晶体光纤可以作为一种环境折射率敏感的传感器，有望在微型生物或化学传感方面得到应用。
传感器 光学特性 时域有限差分法 光子晶体光纤 抛磨深度 中国激光
2011, 38(s1): s105008
1 武汉理工大学光纤传感技术研究中心， 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学理学院， 湖北 武汉 430070
研究介绍了一种基于表面等离子体共振(SPR)原理，对氢气浓度变化有较高灵敏度的基于银/钯复合膜的光纤氢气传感器。通过对建立侧边抛磨“D”型光纤的光学模型用Mode-Sloutions软件进行数值仿真，结果表明侧边抛磨光纤SPR模式的有效折射率随感应区的折射率增加而增加，随包层材料的厚度增加而减小。实验结果表明，感应区氢气体积分数为4%时，光纤输出的透射功率变化可达130 nW。这种Pd/Ag复合膜光纤SPR氢敏传感器不仅改善了氢敏传感器的敏感膜的稳定性，而且灵敏度也提高了，对于制备新型、优化的化学和生物传感器件有参考意义。
传感器 表面等离子体共振 金属包层 磁控溅射 中国激光
2011, 38(12): 1205005
1 武汉理工大学 光纤传感技术中心，武汉 430070
2 中国工程物理研究院 表面物理与化学重点实验室，四川 绵阳 621907
采用磁控溅射方法在侧边抛磨的光纤光栅（D型光纤光栅）上溅射40 nm WO3Pd复合薄膜，制作了D型光纤光栅氢气传感器.40 nm WO3Pd复合薄膜是由5 nm的WO3、5 nm的WO3/Pd混合膜和30 nm的Pd 薄膜组成.实验中,首先采用射频溅射技术向D型光纤光栅溅射5 nm WO3薄膜，再利用共溅射技术溅射5 nm WO3/Pd混合膜，最后用直流溅射技术溅射30 nm的Pd薄膜.SEM结果显示在多次通氢气后WO3Pd薄膜仍然具有较好的表面形貌，这说明WO3Pd复合薄膜具有较好的机械性能.实验结果表明:该氢气传感器具有较好的重复性，同镀有同样氢气敏感膜的普通FBG相比，D型光纤光栅的灵敏度提高了200%;在氢气体积浓度为6%时，D型光纤光栅传感器的波长变化为15pm.
D型光纤光栅 磁控溅射 WO3 Pd复合膜 氢气传感器 Dshaped fiber Bragg grating Magnetron sputtering WO3Pd composite film Hydrogen sensor
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室，武汉 430070
2 暨南大学 光电工程研究所，广州 510632
本文设计并建立侧边抛磨光纤Bragg光栅的光学模型，通过改变剩余包层的厚度以及抛磨区材料的折射率，模拟计算光栅谐振波长的偏移量以及光栅光谱反射率的变化.实验结果表明，当抛磨区材料折射率越接近光纤纤芯折射率，以及抛磨程度越深(3 μm以内)，抛磨区材料的折射率的微小变化也会引起光栅谐振波长与光栅光谱反射率明显变化.
侧边抛磨 光纤Bragg光栅 谐振波长 光谱反射率 Side poloshed fiber Bragg grating Resonance wavelength Spectrum reflectance
武汉理工大学光纤传感受技术与信息处理教育部重点实验实, 湖北 武汉 430070
提出了一种新型光纤氢气传感器的制作方法。将光纤的包层侧边部分抛磨成“D”形状，用磁控溅射法在表面镀上钯(Pd)和Pd/WO3氢气敏感薄膜，制作出了倏逝场型光纤氢气传感器。实验结果表明，镀有Pd/WO3复合膜的传感器具有较好的线性关系和可重复性，单模光纤比多模光纤稳定性好。
光纤光学 光纤氢气传感器 倏逝场 抛磨 磁控溅射
