倾斜光纤光栅溶液折射率传感器的实验研究

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光纤光栅液体折射率传感器的研究

光纤光栅液体折射率传感器的研究

实验装置
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实验难点及创新点
• 难点:1.两段光纤光栅的获得(从一个光纤光栅 难点: 两段光纤光栅的获得 两段光纤光栅的获得( 剪切成两个)和法-珀腔的搭建 珀腔的搭建, 剪切成两个)和法 珀腔的搭建,特别是腔长的确 定和选择及系统搭建 2.液体折射率测量的光谱标 液体折射率测量的光谱标 定 • 创新点:1.利用不同液体的不同折射率形成的相 创新点: 利用不同液体的不同折射率形成的相 移不同,进行液体折射率测量, 移不同,进行液体折射率测量,进而制备成一款 光纤光栅液体折射率传感头。 可以进行不同腔 光纤光栅液体折射率传感头。2.可以进行不同腔 长选择实现液体折射率的多次测量, 长选择实现液体折射率的多次测量,提高测量精 度
实验数据结果
不同折射率的液体滴加在测液盒中时光谱仪中获得的 透射谱反转后获得的反射光谱图,可以看出,不同的折 射率所对应的反射光谱峰值不同,因此可以根据光谱推 导出被测液体的折射率。
谢谢! 谢谢!
光纤光栅液体折射率传感器的研究 结题报告
指导老师: 指导老师:沈常宇 组员: 吴斌、鲍超驰、 组员: 吴斌、鲍超驰、 侯强龙、牟晟、 侯强龙、牟晟、叶兰芝
1.项目研究背景 项目研究背景
2.项目研究内容 项目研究内容
3.项目完成情况 项目完成情况
4.实验结论 实验结论
项目研究背景

基于光纤光栅的各种功能型传感器在最近的二十年里 获得了飞速的发展, 获得了飞速的发展,极大地推动了光纤通信和传感技术的 发展。在这种大背景下, 发展。在这种大背景下,光纤光栅相关的研究领域进一步 细化,应用化研究趋势明显,新型传感器的研制倍受重视。 细化,应用化研究趋势明显,新型传感器的研制倍受重视。 市场上出现的传感器大多数采用多跟光纤光栅同时测量来 解决温度-应变交叉敏感问题 这样设备复杂, 应变交叉敏感问题, 解决温度 应变交叉敏感问题,这样设备复杂,开发成本 较高。 较高。本项目中我们研制的特殊悬臂梁结构的新型光纤光 栅传感器,不但结构简单,成本低, 栅传感器,不但结构简单,成本低,而且能通过一根光纤 光栅就能实现传感器的温度不敏感,从而节省了成本,具 光栅就能实现传感器的温度不敏感,从而节省了成本, 有很强的创新性和实用价值。 有很强的创新性和实用价值。

光纤光栅的折射率传感技术实验研究

光纤光栅的折射率传感技术实验研究
采用分析醇蔗糖在室温环境中配置标准折射率 匹配液口].配置了折射率在1.372 3~1.453 2之间 的9组折射率匹配液.
采用C波段的SLED作为光源,光谱分析仪 (OSA)用于探测BFBG的透射谱.BFBG浸没在折 射率匹配液中,如图3.在室温下,按照折射率由小 到大的顺序更换BFBG所处环境的折射率匹配液, 相应的透射谱如图4(a).记录了各折射率匹配液下 BFBG的透射功率,其变化趋势如图4(b).
’国家高技术研究发展计划(863计划)(2006AA012217)、 天津市高等学校科技发展基金(20060609)和光电信息技 术教部重点实验室开放基金资助 Tel:022—23509849 Email:vozhj@mail.nankai.edu.ca 收稿日期:2006-12-17
万方数据
对于普通的FBG,由于它的栅面与光纤轴向垂 直(如图l(a)),其入射与反射光波始终被限制在纤 芯中传播,光波场的传播与外界环境无关,因此
综合上面两种实验现象得出,随着BFBG所处 环境折射率的增加,越来越多的包层模式在光纤中 的传播条件遭到破坏;包层模按照从短波到长波的 顺序依次泄漏到外界环境中,最终导致BFBG透射 光功率的下降.在写制BFBG时,采用适当的方法 增加其短波段包层模的数量,提高包层模谐振波长 的写制深度能够有效地提高BFBG对折射率的感 测范围与感测灵敏度.
4 结论
本文通过对BFBG透射谱光功率的检测,实现 了一种新颖简单的折射率测量方法.当环境折射率 在1.372 3~1.453 2之间变化时,BFBG透射功率 从0.611~0.472 mW线性下降,其灵敏度可达 1.718 t-w/(o.001折射率变化).该检测方法具有
参考文献
[13 KERSEY D,DAVIS M A,PATRICK H J,et a1.Fiber grating sensor[J].J of Lightwave T0曲,1997。15(8):1442—1463.

倾斜光纤光栅的工作原理

倾斜光纤光栅的工作原理

倾斜光纤光栅的工作原理
倾斜光纤光栅(Tilted Fiber Bragg Grating,TFBG)是一种特
殊设计的光纤光栅,其特点是光纤光栅周期的倾斜分布。

TFBG的工作原理如下:
1. 光纤光栅制备:制备TFBG时,通过光纤光栅制备技术在
光纤芯中引入周期性的折射率变化。

通常使用紫外激光光束对光纤进行局部光曝光和折射率改变,使得光纤光栅中形成周期性折射率变化的区域。

2. 倾斜波导结构:TFBG的特点是光纤光栅的周期折射率随光
纤轴线呈一定角度变化,形成倾斜波导结构。

这种倾斜结构使得入射光与光纤光栅产生一定的偏振耦合效应。

3. 光纤光栅反射特性:当入射光波长等于光纤光栅的布拉格波长时,会产生布拉格回波,即反射光。

根据布拉格条件,反射光波长与入射光波长之间存在一个固定的关系。

4. 倾斜光栅的波长调谐:通过改变倾斜角度或调节倾斜光栅的折射率分布,可以实现TFBG的波长调谐。

当倾斜光栅的折
射率分布发生改变时,布拉格条件也会相应改变,反射光波长会发生位移。

5. 功能应用:TFBG的波长调谐特性使其在光纤传感、光纤通
信和光纤激光器等领域有着广泛的应用。

例如,在光纤传感中,通过测量TFBG的波长移动可以实现对温度、压力、形变等
物理量的实时监测。

在光纤通信中,TFBG可以实现波长选择
性的光纤滤波器,用于光纤通信系统中的波分复用和波分多路复用等应用。

总之,TFBG利用倾斜光栅的特殊波导结构和波长调谐特性实现光纤传感和光纤通信中的各种功能应用。

倾斜光纤光栅的特性及应用研究_南开大学_刘波

倾斜光纤光栅的特性及应用研究_南开大学_刘波

∂ (ni eff , cor e + ni eff , clad ) 1 1 ∂Λg + + i ∆ε i n n Λ ε ε ∂ + ∂ , , eff cor e eff clad g = K clad ,T ∆T + K clad ,ε ∆ε
Yinping Miao,Bo Liu, et al. Electronics letters, 2008, 44(21), 1242~1243.
Yinping Miao, Bo Liu, et al. Optical Fiber Technology, 2011, 17(4): 286-290.
动态温度补偿的边沿滤波解调技术
Before the temperature was increased After the temperature was increased
π
−1
采用的光纤:普通单模光
纤、光敏光纤以及载氢后 的光纤、光子晶体光纤…
光敏性增强:一般载氢
1000C,100-120atm,48h
ξ
在载氢单模光纤上、模板不同倾斜角下写制 的TFBG的透射谱
优化设计写制条件:倾斜角度为8°归一化透射谱
光敏光纤并载氢 多次扫描 模板波长1568nm,
一、倾斜光纤光栅的研究概况
倾斜光纤光纤光栅( TFBG,又称闪耀光纤光栅, BFBG)是一种特殊的短周期光纤光栅. 它与传统光纤光栅不同之处在于光栅的波矢方向 与光纤轴向方向有一定的夹角; 沿三个维度(r,θ,z)具有不同的结构特点; TFBG与传统光纤光栅相比有着许多突出的优点。
λ Couplingi,
对于特定的TFBG,系统函 数H(λ)与可调谐激光器 的波长呈良好的线性关系 , 满足边沿滤波器要求 。

基于倾斜布拉格光纤光栅的高灵敏度折射率传感器

基于倾斜布拉格光纤光栅的高灵敏度折射率传感器

基于倾斜布拉格光纤光栅的高灵敏度折射率传感器石磊;刘云启;宋红亮;邹芳;王廷云【期刊名称】《上海大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(023)006【摘要】制备了不同倾斜角度的倾斜布拉格光纤光栅,用于测量周围环境的折射率.当环境折射率增加时,高阶包层模谐振峰会逐渐消失,即将逐渐消失的高阶包层模谐振峰的波长会随环境折射率的增大而线性增大.测得的折射率灵敏度在500nm/RIU以上.通过选择适当的倾斜角度,制得的光纤传感器可以满足不同范围的折射率测量.%We demonstrate fabrication of tilted fiber Bragg gratings (TFBGs) with dif-ferent tilt angles for the measurement of surrounding refractive index (SRI). High or-der cladding modes has been found to disappear gradually, with their resonance wave-length linearly increasing as SRI increases. The measured index sensitivity is higher than 500nm/RIU.By optimizing the tilt angle of the grating,the proposed optical fiber sensor can be used for SRI measurements in different index range.【总页数】6页(P859-864)【作者】石磊;刘云启;宋红亮;邹芳;王廷云【作者单位】上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海200444;上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海200444;上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海200444;上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海200444;上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室,上海200444【正文语种】中文【中图分类】TN253【相关文献】1.倾斜光纤光栅溶液折射率传感器的实验研究 [J], 蒋奇;吕丹丹;于明浩;康立敏;欧阳俊2.基于保偏光纤马赫曾德干涉结合布拉格光纤光栅的折射率传感器 [J], 曾红燕;沈常宇;路艳芳;刘桦楠;董新永;李晨霞3.布拉格光纤光栅等效芯径和折射率的测量 [J], 林军;董小鹏4.平均折射率区域变化对布拉格光纤光栅传输特性影响的分析 [J], 牟艳秋;励强华;刘群5.腐蚀薄包层布拉格光纤光栅折射率传感研究 [J], 王旭东;顾宏;廖帮全;张海明;张新陆;杨丹;王文彬因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

倾斜布拉格光纤光栅应用研究

倾斜布拉格光纤光栅应用研究

征文专题号: P-5倾斜布拉格光纤光栅及应用研究刘波1,苗银萍2,张昊1(1 南开大学信息技术科学学院,天津,3000712 天津理工大学电子信息工程学院,天津,)摘要:自上世纪70年代,Hill等人成功地写制了第一根布拉格光纤光栅以来,光纤光栅特别是布拉格光栅,以其低插入损耗,易于集成,稳定性好等优点被广泛应用于光通信及传感领域,成为了不可缺少的光学元件。

与普通布拉格光栅相比,倾斜布拉格光纤光栅的成栅面与光纤轴向垂直面呈一定角度的倾斜。

因此,其耦合特性与布拉格光栅有很大区别,并且因倾斜角度而不同。

当倾斜角度较小时,其存在前向基模与后向基模以及后向包层模的耦合。

随着角度增大,前向基模与后向基模耦合减弱,与后向包层模的耦合增大。

当倾斜角大于一定角度时,前向基模向前向包层模耦合,耦合强度随角度增大而增大。

小角度倾斜布拉格光栅由于布拉格峰的存在而自身能够解决交叉敏感问题,从而在实际中得到了广泛的应用。

由于耦合到包层中的模式很容易受到外界环境参量的调制,倾斜光纤光栅可以设计成各式各样的传感元件。

利用这一特性,我们设计出了基于强度解调的倾斜布拉格光纤光栅的折射率传感器,实现了在1.3723到1.4532范围内,灵敏度为-1.913dBm/折射单位的传感。

将聚乙烯醇涂敷在倾斜布拉格光栅的栅区,利用聚乙烯醇吸收水分后折射率发生改变的特性,设计出湿度传感器,实现了相对湿度在20%~74%范围内灵敏度为2.52dBm/湿度百分比以及相对湿度为74%~98%范围内灵敏度为14.947dBm/湿度百分比的传感。

利用倾斜光栅浸入液体的长度不同响应不同的特性设计出了液位传感器,实现了测量范围为14mm,灵敏度为0.1dBm/mm的传感。

进一步实验证明,这种基于强度解调的液位传感对于温度并不敏感。

对倾斜光栅的栅区进行腐蚀,其温度灵敏度不会发生变化而对折射率的灵敏度随腐蚀程度增大而增大。

此外,将倾斜光栅浸入功能性液体材料能得到其他物理参量的测量,如将倾斜光栅浸入磁流体中,我们设计出了磁场传感器。

光纤光栅传感实验报告

光纤光栅传感实验报告

一、实验目的本次实验旨在了解光纤光栅传感技术的基本原理、工作过程以及其在实际应用中的重要性。

通过实验,掌握光纤光栅传感器的制作方法、传感特性以及传感信号的处理技术,为后续研究光纤光栅传感器在相关领域的应用打下基础。

二、实验原理光纤光栅传感器是一种基于光纤布拉格光栅(FBG)原理的新型传感器。

当外界物理量(如温度、应变、压力等)作用于光纤光栅时,光栅的布拉格波长会发生相应的变化,从而实现物理量的测量。

三、实验仪器与材料1. 光纤光栅传感器实验装置2. 光纤光谱分析仪3. 恒温水浴箱4. 拉伸机5. 氧化铝薄膜四、实验步骤1. 光纤光栅传感器的制作(1)将一根单模光纤切割成一定长度,并利用氧化铝薄膜对光纤进行腐蚀,形成光纤光栅。

(2)将制作好的光纤光栅固定在实验装置上,并进行封装。

2. 温度传感实验(1)将光纤光栅传感器放入恒温水浴箱中,分别设置不同的温度,记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。

(2)分析温度与布拉格波长之间的关系,绘制温度-波长曲线。

3. 应变传感实验(1)将光纤光栅传感器连接到拉伸机上,施加不同大小的应变,记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。

(2)分析应变与布拉格波长之间的关系,绘制应变-波长曲线。

五、实验结果与分析1. 温度传感实验实验结果显示,随着温度的升高,光纤光栅传感器的布拉格波长发生蓝移,且蓝移量与温度呈线性关系。

通过拟合曲线,得到温度-波长关系式:$$\Delta\lambda = aT + b$$其中,$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量,$T$为温度,$a$和$b$为拟合参数。

2. 应变传感实验实验结果显示,随着应变的增大,光纤光栅传感器的布拉格波长发生红移,且红移量与应变呈线性关系。

通过拟合曲线,得到应变-波长关系式:$$\Delta\lambda = c\epsilon + d$$其中,$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量,$\epsilon$为应变,$c$和$d$为拟合参数。

光纤光栅倾角传感器原理

光纤光栅倾角传感器原理

光纤光栅倾角传感器是一种基于光栅原理用于测量物体倾斜角度的传感器。

它利用了光纤中的光栅结构和光的干涉现象,通过测量光信号的光强变化来反映物体的倾斜角度。

光纤光栅倾角传感器的原理如下:
1.光栅结构:光纤光栅是一种用于调制光信号的微结构,在光纤中周期性地引入折射率的变化。

通过控制光纤中折射率的周期性变化,可以形成光的波导模式,实现特定波长光的耦合、反射和传输。

2.光栅的倾角变化:当光纤光栅受到倾角的作用时,光纤中的光栅结构也会产生倾斜。

这种倾斜会导致入射光在光纤中的传播路径发生改变,使得反射光和透射光的强度发生变化。

3.光强变化的测量:光纤光栅倾角传感器通过测量入射光和反射光或透射光的干涉光强变化来获得倾角信息。

当光纤光栅受到倾斜角度影响时,入射光与光栅的相对位置发生变化,导致光的波导模式发生改变,进而改变光的反射或透射特性。

通过检测反射光或透射光的光强变化,可以计算出光纤光栅的倾斜角度。

4.数据处理和输出:测量到的光强变化将通过光电传感器转换为电信号,然后通过数据处理和计算,将倾斜角度转化为数值输出或图形显示。

这样就可以实时获得被测物体的倾斜角度信息。

光纤光栅倾角传感器具有非接触、高精度、实时性好、抗干扰能力强等优点,广泛应用于航空航天、地震监测、机器人、建筑结构等领域中对倾斜角度进行测量和监测的需求。

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溶液引起相对应的干涉条纹 1 O 的调制。
相对国外倾斜光纤光 栅 ,国内的 T F B G传感技术 研究较 慢, 研究学者也不多 。张建 , 刘 金波 等_ 7 ] 提 出了一种 基于 闪 耀光纤光栅传感技术的折射率测量新方 法 , 通过 检测闪耀光 纤光栅透射谱强度实现折 射率 的测量 。苗银萍 等[ 8 _ 设 计 了一 种基于 T F B G的包层上 覆盖着 聚 乙烯 醇 ( P VA) 的空气 相对 湿度传感器 , 成功实现了相对湿度在 2 O ~9 8 %R H 范围 内 的检测 , 并 发现 TF B G的透射 功率 在 2 o ~7 4 RH 和 7 4 ~
9 8 R H2两个相 对湿 度 区域 内分别 呈现不 同 的线性 变 化 ,
B G纤芯一 纤芯耦合 模式 和纤 芯一 包层 耦合 模 式共 振引起 的透
射 谱 的 变 化 ,分 离 出 了 温 度 和 应 变 引 起 的 波 长 漂 移 。
S h e v c h e n k o等_ 2 ] 将T F B G 中反 向传播 的包层模 作为激 励源 , 待测物 品折射率 的变 化使透射谱 中的共振 波长发 生偏 移 ,分
溶液折射率灵 敏度 大于 5 0 0 n r n・ RI U_ ’ , 而裸 TF B G为 2 n r n・ R I U 左右 , 大约提高 了 2 0 0  ̄3 0 0 倍 ,且在

定范 围内中心波 长与溶液折射率 的线性拟合度都在 0 . 9 9以上 。 倾斜光纤 光栅 ; 金膜 ;表面等离子体共振 ;折射率传感器
文献标识码 :A D O I : 1 0 . 3 9 6 4  ̄. i s s n . 1 0 0 0 ~ 0 5 9 3 ( 2 0 1 3 ) 1 2 ~ 3 4 2 5 — 0 7
关键词
中图分类号 :T P 2 1 2 . 1
金膜 的表面等离子共振传感器 , 并通过链霉抗 生素蛋 白的实
析偏移量 即可得 到待 测物 品的信 息 。文献 [ 3 ] 中通过 实验 验
证 了镀金膜 的 TF B G在 D NA溶液 中透射 谱 的包层模 发生变 化, 从 而得出可以用基于表面等离子共振 的倾斜光栅 生物传
感器测量不 同的蛋 白质 、D NA等 的结论 。 包 层外镀金的 T F —
且在高湿度 区有更高 的敏感性 。胡德波等[ 9 理论分析 和实验 证 明了温度 和溶液浓度影 响 T F B G 的传感器特性 ;同时,他 们对裸 TF B G与镀金 的 TF B G做 了不 同浓 度 蔗糖溶 液 的对 比实验 , 证明镀金后的表面等离 子 T F B G折射率传感器 的灵
倾 斜 光 纤 光栅 溶 液折 射 率传 感 器 的 实验研 究
蒋 奇 ,吕丹丹 , 于 明浩 , 康 立敏 , 欧 阳俊
1 .山东 大学控制科学与工程学院 ,山东 济南 2 .山东大学材料科学与工程学院 ,山东 济南 2 5 0 0 6 ห้องสมุดไป่ตู้ 2 5 0 0 6 1


根据倾斜 光纤光栅 ( TF B G ) 和表面镀 金的 TF B G传感器测 量折射 率的基本原 理 , 通 过 Op t i G r a t i n g
引 言
光纤光栅 传感器 由于其独 特的优点 自 2 0世纪末发 展起 来, 而倾斜光纤光栅 ( TF B C - ) 传感器 更是 由于其特有 的包 层 模特性 得到了更 多的探索研究 。对于 T F B G传感技术 国外 研
究 比较早 , 且发展非 常迅速 。由于纤 芯模 和包层模应 变灵 敏 度相 同 、 温度灵敏 度不 同 ,E d mo n C h e h u r a等L 1 ] 监测 了 T F —
验证 明了这 种 新 技 术 能准 确 地 检 测分 子 浓 度 低 达 1 0 g・ mL 一。 随着免标记生物 传感器 的发 展 ,A l e s s a n d r o C a n d i a n i
等L 6 j 通过 实 验 得 知 当 D NA 与 附着 在 光 纤 表 面 的核 酸 肽 ( P NA) 结合后 , 包层一 P NA接触 面上 的折 射率和 可见 条纹 发 生变化并且实时监测的光谱数据表 明 1 0 n mo l ・ L 的 D NA
敏度大大增 加[ 1 。J i a n g等l 1 l J 使 用 两种 方 法通 过 实 时监 控
B G产 生表面等离子共振很 大程度 受其纤 芯导 光偏振状 态 的 影响 , 文献 [ 4 3 实验研究 了一 种新 的可应 用 于生物 传感 的技
第3 3 卷, 第1 2 期
2 0 1 3年 1 2月








V o 1 . 3 3 , N o . 1 2 , p p 3 4 2 5 — 3 4 3 1
De c e mb e r ,2 0 1 3
S p e c t r o s c o p y a n d S p e c t r a l An a l y s i s
软件模拟 了不同浓度溶液下 TF B G 的透射谱 和芯层模 与某 阶包层模耦 合引起 的谐振 峰 , 初步 得 出了 T F B G 各 阶包层模 随着外界折射率的增大而 向右偏移 、在一定 的传 感范围 内中心波长与 外界折射 率呈线性关 系 的 结论 。 用 小型离子溅射仪对 T F B G镀 4 5 B i n厚度左 右的金膜 , 并 用扫描 电镜在微观上观察镀膜效果 。 通过不 同浓度下 的 Na C 1 溶液 、Mg C 1 z 溶液、 C a C 1 2 溶液 实验 , 对 比研究 了裸 TF B G 和镀 金 TF B G传 感器对溶 液折 射率 的传感特性 。从而验证 了模拟仿 真得 出的结论 并定量分析得知 : 镀金后具有表面等离子体 共振的 T F B G
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