1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430074
2 武汉理工大学材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
提出了一种基于拉锥七芯光纤的湿度传感器,七芯光纤熔接于两段单模光纤(SMF)的中间,利用氢氧焰拉锥技术对七芯光纤进行熔融拉锥,光纤拉锥后因其激发的包层基模和高阶模之间发生干涉形成马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。研究结果表明光纤直径越小,传感结构的折射率灵敏度越高,锥区直径为10 μm时传感结构的灵敏度最高为1123 nm/RIU。将七芯光纤与亲水性材料氧化石墨烯(GO)薄膜结合制得湿度传感器,实验测得湿度灵敏度的最大值为-0.0535 nm/(%RH)。该传感器具有灵敏度高、制备简单、稳定性好的优势,可广泛应用于生物化学传感领域。
光纤光学 光纤传感 熔融拉锥 湿度 氧化石墨烯 中国激光
2021, 48(23): 2306002
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430074
2 武汉理工大学材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种高分子有机硅化物,广泛应用于微流控芯片制备、生物、光学以及复合材料基体等不同的领域。通过结合PDMS与光纤结构构建了光纤干涉仪,利用光学传感技术研究了PDMS折射率和线膨胀的气压响应特性。实验结果表明,PDMS的折射率随气压的变化率为-2.1×10 -2 RIU/MPa(RIU为折射率单位),线膨胀随气压的变化率为17.3 μm/MPa。采用光学测量的形式对PDMS的折射率和线膨胀气压响应进行研究,精确度和可靠性更高。
光学设计 光纤传感 折射率 线膨胀 聚二甲基硅氧烷 光学学报
2021, 41(22): 2222001
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
研究了一种基于频移干涉原理的新型连续波光纤腔衰荡液体折射率传感方法,采用熔融拉锥方法制作锥形光纤传感探头,并对不同浓度下液体的折射率进行了实验研究。结果表明,溶液质量分数小于9%时,NaCl和葡萄糖溶液的探测灵敏度分别为3.779 dB·RIU
-1和6.413 dB·RIU
-1(RIU为折射率单元),系统的最低检测限为10
-4。在40 min的连续观察时间内,腔内损耗的标准差小于0.4%,系统表现出良好的稳定性。与传统技术相比,该技术无需高速探测设备,降低了对硬件设备的要求。该系统具有结构简单、成本低、灵敏度高等优点,在化学探测、生物传感领域具有一定的应用前景。
光纤光学 光纤传感器 光通信 折射率传感 锥形光纤 频移干涉 激光与光电子学进展
2019, 56(17): 170627
1 江南大学 理学院, 无锡 214122
2 哈尔滨工程大学 理学院, 哈尔滨 150001
为了探究楔形端面对光纤传输特性的影响,采用COMSOL Multiphysics数值仿真软件,模拟研究了具有楔形端面的微纳光纤,数值计算了两根楔形微纳光纤的耦合效率,得到了单根楔形微纳光纤中的能量分布和两根光纤发生耦合时的耦合效率.结果表明,越靠近楔形微纳光纤的尖端位置,束缚在纤芯表面上的能量越多;沿着光场的传输方向,楔形区域中的能量密度先增大后减小;楔形端面处存在的菲涅耳反射对耦合效率有微小的影响,但不影响整体变化规律;轴向位移和径向位移的增大,都会使得耦合效率减小,而随着楔角的增大,耦合效率先减小后增大.对楔形微纳光纤的研究,将为其在光纤传感领域的应用打下基础.
光纤光学 耦合特性 数值仿真 能量分布 光纤耦合 fiber optics coupling characteristics numerical simulation energy distribution fiber coupling
1 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
2 哈尔滨工程大学理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
微纳光纤具有大比例倏逝场传输的光学特性，相比于普通光纤，其耦合现象更加明显。利用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件对三根平行微纳光纤进行了详细的数值模拟研究。计算结果表明，纤芯间距改变时，三根平行微纳光纤随传输距离变化的功率耦合分布的规律是相似的，都呈周期性分布。纤芯间距不同时，耦合周期发生变化，且随着纤芯间距的增大，耦合周期也逐渐增大。且入射光的偏振态对耦合周期和耦合效率也有一定的影响。利用三根平行微纳光纤的耦合特性，设计了一种3×1微纳光纤耦合器，当选取恰当的纤芯间距和耦合区长度时，3×1微纳光纤耦合器的耦合效率最高可达93.3%。
光纤光学 微纳光纤 耦合特性 耦合器 倏逝场
基于压电换能器技术设计了一种应用于光学相干层析成像的新型内窥式二维光纤扫描探头，即利用两片压电陶瓷片和一片薄导电基片驱动光纤探头.该探头利用光纤悬臂的共振特性，通过对压电陶瓷施加等于光纤共振频率的混频信号，能同时激发光纤悬臂两正交方向上的振动，可以实现光纤悬臂的二维扫描.建立了理论模型并进行了有限元仿真分析，最后搭建了实验系统，验证并获得了扫描图样.实验结果实现了光纤悬臂的二维扫描，扫描范围达到(500×500)μm，调节驱动信号振幅幅值可以调节扫描范围.实验结果与理论分析和仿真相吻合，验证了方案的可行性.
光纤探头 二维扫描 压电陶瓷 有限元分析 Optical fiber probe Two dimensional scanning Piezoelectric ceramic Finite element analysis
哈尔滨工程大学 理学院,黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种测量液体折射率的光纤液体分析仪。利用液体表面张力的作用,在光纤探头端形成一个液滴。该液滴的作用相当于一个平凸透镜,发射光纤出射的光经液滴表面折射、未扰液面的反射和液滴表面的再次折射后进入接收光纤。根据菲涅耳公式,光线在各个界面的透射系数和反射系数与液体的折射率有关,且对于不同的液体,光线的传输路径不同。基于球面折射成像和反射式强度调制原理,分析了光线的传输路径,并建立了接收光纤接收到的光强与液体折射率的关系模型。对不同浓度的NaCl溶液进行了测量,实验结果符合理论预期,表明该方法可以用于液体折射率的测量。
光纤光学 光纤传感 折射率 强度调制
哈尔滨工程大学理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
基于单环后向瑞利散射式光纤陀螺原理,提出了一种双环形腔并联的瑞利后向散射式光纤陀螺仪新结构。利用两个2×2单模光纤耦合器,建立了并联双环形腔瑞利后向散射式光纤陀螺仪的理论模型,给出了信号表达式。利用优化的环长和分光比两结构参量,分析了瑞利后向散射式光纤陀螺仪信号的输出特性。选择双环的长度分别为1500 m和1078 m,2×2光纤耦合器的耦合系数分别为95.23%和94.88%构建了测试系统,用光时域反射计(OTDR)对不同转速所探测到的后向瑞利散射信号进行测量,验证了这种新结构的可行性。同单环后向瑞利散射式光纤陀螺仪相比,双环的采用,增加了测试的有效数据,使其更有利于识别,提高了测量转速的精度。
传感器 光纤陀螺仪 瑞利后向散射 双环形腔 光时域反射计(OTDR)
哈尔滨工程大学理学院光子科学与技术研究中心，哈尔滨 150001
提出一种基于倒锥透镜光纤端的新型塑料光纤连接器．为了增大光纤的数值孔径，降低光纤端面对于对准准确度的要求，连接器的光纤连接端面制成倒锥透镜形状．利用截断法对该类型连接器的光学特性进行了测试．1 m长光纤跳线总损耗有75．7%集中在5．4 dB～6．0 dB之间，连接损耗70．7%集中在2．1 dB～2．7 dB之间，同一组跳线插拔200次连接损耗有95%集中分布在2．2 dB～2．58 dB．实验结果表明：倒锥透镜型塑料光纤连接器可以满足“光纤入户”对连接器性能的要求．
塑料光纤 光纤连接器 倒锥透镜光纤端 光学特性 Polymer optical fiber Polymer optical fiber connector Upside-down taper lens (UDTL)polymer fiber end Polymer optical fiber connector characteristics
