利用光纤火焰熔融拉锥法, 制作了一种高灵敏微光纤氨气(NH3)传感器.该传感器将一段长度为10 mm的保偏光纤接入普通单模光纤中, 通过光纤火焰熔融拉锥机将保偏光纤熔融拉伸至直径为8.33 μm制作而成.该结构基于马赫-曾德干涉仪的原理, 利用保偏光纤纤芯模与包层模相互作用实现模间干涉.外界环境中NH3浓度变化时, 细锥区倏逝场发生变化, 通过检测透射谱中波长的漂移, 实现传感器对环境中NH3浓度的测量.实验结果表明, 当NH3 浓度由8 ppm~56 ppm变化时, 透射谱向长波方向移动约5 nm, 且NH3浓度与波长漂移成二次拟合.在NH3浓度为32 ppm~56 ppm变化时, 可将NH3浓度与波长漂移近似看成线性关系, 此时传感器的灵敏度为176.08 pm/ppm.该传感器具有体积小, 制作简单, 灵敏度高等优点, 可用于不同领域的NH3传感测量.

通过将一段长为 17 mm的多模光纤两端分别与单模光纤对芯熔接, 然后对多模光纤部分进行拉锥处理, 得到一种波长和强度同时对温度响应的锥形多模光纤温度传感器。实验研究了 30 ℃~80 ℃ 范围内传感器的温度传感特性。实验结果表明: 当环境温度发生变化时, 该传感器在 1 542 nm 附近干涉波谷的波长和强度对温度的响应灵敏度分别可达到 0. 041 nm/℃ 和 0. 106 dB/℃, 并且传感器干涉条纹的波长响应和强度响应之间呈良好的线性关系。基于传感器波长响应与强度响应之间的该线性关系, 通过传感信号强度的检测即可实现干涉型光纤传感器的相位解调, 该方法为传感解调信号提供了新思路, 具有重要的参考价值。

提出了一种基于倏逝波原理的光纤马赫-曾德尔湿度传感器, 传感器是在2个单模光纤粗锥的传感臂中心通过绝热火焰熔融拉锥处理而成。光由传感器输入端传入, 经过第1个粗锥时, 将激发出若干高阶模, 各模式光传输经过细锥区进入第2个粗锥时被耦合进入传感器输出端。当外界湿度变化时, 细锥区倏逝场随之变化, 最终导致透射谱能量变化。通过测量透射谱能量变化, 可以实现环境湿度传感测量。实验结果表明, 在35%～85%RH的湿度变化范围内, 透射谱的能量具有相同变化趋势, 处于水蒸气吸收峰附近的干涉谷湿度响应灵敏度可达0.157 dBm/%RH, 温度交叉灵敏度仅为0.014 %RH/ ℃。该传感器因其制作简单、灵敏度高, 温度交叉敏感小等特点, 具有很好的应用前景。

提出并制作了一种基于多芯光纤与单模光纤错位构成的马赫-曾德尔干涉仪, 将其与光纤布喇格光栅级联, 形成的全光纤传感系统可实现横向压力和温度双参量同时测量.马赫-曾德尔干涉仪是利用多芯光纤和单模光纤的模场不匹配而发生模间干涉, 当外界横向压力直接作用在多芯光纤内部光场, 干涉仪具有较高的灵敏度.实验结果表明: 马赫-曾德尔干涉仪压力灵敏度为28.57 nm/(N·mm-1), 线性度为0.997, 而光纤布喇格光栅在一定范围内对压力变化不敏感; 马赫-曾德干涉仪和光纤布喇格光栅对温度变化都具有较高的线性度, 温度灵敏度分别为56.1 pm/℃和11.3 pm/℃.对于分辨率为0.02 nm的光谱仪, 传感器可实现的压力和温度测量分辨率分别为7.0×10-4N/mm和0.03℃.马赫-曾德尔干涉仪的透射谱和光纤布拉光栅的谐振峰对横向压力和温度的变化有不同的光谱响应, 利用光谱仪对传感器的透射谱实时监测, 方便地实现了压力与温度双参量的测量.该传感器结构简单, 灵敏度高, 可用于不同领域的压力传感.