锥形光纤的传感原理
线性锥形光纤倏逝波传感器的灵敏度分析
军工 等领 域得 到 了广 泛 的应 用 ｌ ］ ＿ 。 ｌ 。 在 实 验 检 测 过程 中 ， 如何 加 强 纤 芯表 面倏 逝 波 与吸 收介 质 的作用 强 度 ， 吸 收介 质 最 大 程 度 吸 收 使 纤芯 表面 的倏 逝波 ， 提 高传 感 器 灵 敏 度 与 检 测 极 是 限的关 键 。本文 研 究 线 性 锥 形 光 纤 倏逝 波传 感 器 ，
匀 感应 区域 感应 芯径 Ｄ 及 感应 长 度 Ｌ 对 其 灵 敏度
收 稿 日期 ：０ ０１ ８ ２ １ —卜ｌ 基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ ７ １ ０ ； 庆 市 教 委 、 委 项 目基 金 资 助 项 目（ Ｏ ０ ２ ， Ｓ Ｃ，０ ９ ５８６２）重 科 ＫＪ９ ６ ｏ Ｃ Ｔ ２ ０ ＤＡ０ ０一 １ ０ １Ｂ１） 作 者 简 介 ： 明 富 （ ９ ４） 男 ， 庆市 人 ， 授 ， 士 ， 赵 １６一， 重 教 博 主要 从事 生 化 信 息 获取 技 术 与 智 能传 感 系统 的研 究 。
ｔ ｎ ｄ ｐ ｈ ｃ ｕ ｄ ｂ ｎ ｒ ａ ｅ ｙ ａ ｆ ｃｏ ｆ３ ｔ ｒ ｕ ｈ ｃ ｏ ｓｎ ｈ ａ ｅ ｅ ｉ ｅ ｅ ｍｅ ｒ ｎ ｐ ｒ ｐ ｉｔ ｍｉｓｏ ｉ ｅ ｔ ｏ ｌ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｂ ａ ｔ ｒｏ ｈ ｏ ｇ ｈ ｏ ｉ ｇ ｔ ｅ ｔ ｐ ｒ ｄ ｆ ｒｇ ｏ ｔ ｙ ａ ｄ ａ ｐ ｏ ｒａ ｅ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｂ
中图分类号 ： ３ ； Ｂ ６ ０４ ９ Ｔ ９ 文献标识码 ： Ａ
．
Ｔｈ ｅ Ａｎａ ｙ ｉ ｆＳ ｎｓｔｖ ｔ ｏ ｂ ｒ ｂａ ｅ ａ ｅ ｃ ｎｔＷ ａ ｅ Ｓ ｎｓ ｒ ｌ ｓ ｓ ｏ ｅ ｉｉ ｉｙ ｆ ｒ Ｆｉ ｅ － ｓ ｄ Ｅｖ ｎ ｓ ｅ ｖ ｅ ｏｓ
锥形光纤光栅传感器的传感特性
k=3.65
0.10
光谱带宽/nm
波长/nm
R R0
1 552 1 551
k=0.132 2 0.05
施加应力后
X0
X
1 550
0.00
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
应变
注：R为光纤半径；X为轴向距离；R0为光纤的最初 半径；X0为Z轴上的1个点。
图 4 应力响应特性
图 3 施加应力前后的锥形 FBG 变化
当光纤受到应力作用时，由于材料的弹光效应，会导致
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高新技术
反射光谱的中心波长发生偏移，因此根据耦合模理论，可
得出波长偏移量，如公式（7）所示。
∆λB=(1-Pe)ε·λB
（7）
式中 ：Pe 为光纤光栅的有效弹光系数 ；ε 为应变。
公式（7）为光纤光栅的轴向应变传感表达式并且公
2 锥形光纤光栅的理论模型
如图 2 所示，锥形光纤光栅的半径沿着轴向方向逐渐 变小，光栅的周期和纤芯的半径保持不变。
2.1 锥形光纤光栅应力传感原理
当一束光入射光纤光栅时，只有满足公式（1）条件
的光会沿中心轴反射回来。该反射波的波长即为光栅的反
射中心波长 λB，不满足上述波长条件的光会继续向前传 播。根据耦合模理论可知，λB=2neffɅ。当光栅受到应力作 用时，光栅之间的距离距离会发生变化，如图 3 所示。这 种变化会导致反射光的带宽也发生相应的变化 [4]，如公式
= dλB λB
1
neff
dneff dt
+1 ΛɅ
dΛɅ dt
锥形光纤的结构和传光特性_图文(精)
第四章锥形光纤的结构和传光特性4.1 锥形光纤的结构通常锥形光纤的加工方法有两种：腐蚀法和融拉法。
前者的特点是光纤包层直径沿传播逐渐减小，而纤芯直径除了在小端附近时逐渐变小，其余部分基本不变。
后者可以看成在锥形区域内包层和纤芯的直径沿纤轴方向均逐渐变小，包层和纤芯的直径之比保持恒定。
我们现在所讨论的是基于后者的锥形光纤。
图4.1.1 锥形光纤的几何剖面图图4.1.1是锥形光纤的几何剖面图。
其中，A是光锥锥度，l是光锥长度，是尖端半径，是光纤锥的粗端半径。
由锥形光纤几何参数可用下面数学式表示[12]:（4.1）由上式可以看出，尖端直径越小， A越小。
l值越小A就越大，锥形变化也就越尖锐。
4.2 本次实验所用到的锥形光纤图4.2.1为本次实验所拉的锥形光纤。
锥形光纤的锥长为1160.02um，腰宽为22.34um。
由图可看出，拉成的锥非常完美。
实验中用自制的热拉伸装置把光纤拉成锥形，在拉锥过程中尽量保证两手力道均匀，并且由于实验装置是高压的，要注意实验安全。
锥形光纤顶端锥体的角度，变化范围越大光纤表面越光滑，锥形锥区越短，传输效率就越高。
图4.2.1 实验拉成的锥形光纤实物图当光线在锥形光纤传输时，要使入射光线能从锥形光纤的另一端出射，由全反射条件：（4.2）上式中，为锥形光纤的锥角，是光纤出射端的半径，是光纤入射端的半径。
要使锥形光纤可以传输光，光纤要有一个最小长度，所以实验中不能拉锥过长。
图4.2.2 单模锥形光纤结构示意图4.3 锥形光纤的传光特性由上述我们所讨论锥形光纤结构，光进行传输时，有许多与普通常用光纤不同的特性，同时它与器件耦合时有高的耦合效率、低的传输损耗等优点，这些是研究着们现在所关注的。
（4.3.1）光纤内径为d；激光光束与光纤轴线的夹角为θ；n为光在普通光纤中传输时，沿轴向单位长度的反射次数。
（4.3.2）光纤内反射膜的反射率为ρ，k为每次反射所引起的传输损耗。
由4.3.1及4.3.2式可知，单位长度上的反射次数越多，能量的损耗就越多。
《基于光纤环衰荡方法的锥形光纤磁场传感系统研究》范文
《基于光纤环衰荡方法的锥形光纤磁场传感系统研究》篇一一、引言随着科技的发展，磁场传感技术已经广泛应用于各种领域，如物理实验、医疗诊断、工业自动化等。
在众多磁场传感技术中，基于光纤的磁场传感技术因其高灵敏度、高稳定性、抗干扰能力强等优点，逐渐成为研究热点。
本文将介绍一种基于光纤环衰荡方法的锥形光纤磁场传感系统，并对其相关研究进行详细阐述。
二、锥形光纤磁场传感系统概述锥形光纤磁场传感系统是一种新型的磁场传感技术，其核心部分是锥形光纤。
锥形光纤具有较大的表面积与体积比，能够提高光与物质的相互作用，从而提高传感灵敏度。
此外，该系统采用光纤环衰荡方法进行信号检测，具有高精度、高稳定性的特点。
三、光纤环衰荡方法光纤环衰荡方法是一种基于光纤环路的光学检测技术。
其基本原理是将光信号输入光纤环路中，通过环路内的光程差产生干涉效应，从而实现信号的检测与处理。
在锥形光纤磁场传感系统中，光纤环衰荡方法被用于检测磁场变化引起的光程差，从而实现对磁场的测量。
四、锥形光纤磁场传感系统的工作原理锥形光纤磁场传感系统的工作原理主要基于法拉第磁光效应和光纤环衰荡方法。
当磁场作用于锥形光纤时，会引起光纤内光路的改变，进而导致光程差的变化。
通过光纤环衰荡方法检测这一光程差的变化，即可得到磁场的强度与方向。
此外，锥形光纤的大表面积与体积比有利于提高光与物质的相互作用，从而提高传感灵敏度。
五、系统设计与实现锥形光纤磁场传感系统的设计主要包括锥形光纤的制作、光纤环路的搭建以及信号处理电路的设计。
首先，通过特殊工艺制作出具有特定形状的锥形光纤；然后，将锥形光纤与光纤环路相连接，形成传感器主体；最后，设计相应的信号处理电路，对光纤环路中检测到的光程差进行放大、滤波和数字化处理，以得到磁场的实际值。
六、性能分析锥形光纤磁场传感系统具有高灵敏度、高稳定性、抗干扰能力强等优点。
首先，由于锥形光纤的大表面积与体积比，使得光与物质的相互作用增强，从而提高传感灵敏度；其次，光纤环衰荡方法具有高精度、高稳定性的特点，能够实现对磁场的高精度测量；此外，该系统还具有较强的抗干扰能力，能够在复杂环境下稳定工作。
光纤传感器原理与应用
光纤传感器原理与应用光纤传感器是一种基于光学原理的传感器，利用光的散射、干涉、吸收等特性来测量目标物理量。
它具有高灵敏度、快速响应、无电磁干扰等优点，在各个领域得到广泛应用。
本文将介绍光纤传感器的原理、分类以及在不同领域的应用。
一、光纤传感器的原理光纤传感器的工作原理基于光的传输和光与物质的相互作用。
其基本结构由光源、光纤和光检测器组成。
光源发出光信号经光纤传输到目标位置，通过光与目标物理量的相互作用，改变光信号的特性，最后被光检测器接收并转换成电信号进行处理。
光纤传感器的原理主要有散射原理、干涉原理和吸收原理。
散射原理是利用目标物质对光的散射程度与目标物理量之间的关系来进行测量；干涉原理利用光的相位干涉来测量目标物理量；吸收原理则是利用目标物质对光的吸收程度与目标物理量之间的关系来进行测量。
根据不同的原理，可以设计出不同类型的光纤传感器。
二、光纤传感器的分类光纤传感器根据测量方式的不同，可以分为直接测量型和衍射测量型。
1. 直接测量型直接测量型光纤传感器是通过测量光的散射、干涉或吸收来间接测量目标物理量的。
根据光的散射、干涉或吸收特性的不同，直接测量型光纤传感器又可以分为散射型、干涉型和吸收型。
散射型光纤传感器是通过测量光信号在光纤中由于目标物质散射导致的光功率、频谱或相位的变化来进行测量的。
常见的散射型光纤传感器有拉曼散射和布里渊散射传感器。
干涉型光纤传感器是通过测量光信号在光纤中由于目标物质引起的干涉引起的相位差变化来进行测量的。
干涉型光纤传感器可以实现高灵敏度的测量，常见的干涉型光纤传感器有光纤干涉仪和弗罗伊德森干涉仪。
吸收型光纤传感器是通过测量光信号在光纤中由于目标物质吸收导致的光功率变化来进行测量的。
吸收型光纤传感器可用于测量目标物质的浓度、温度和压力等。
常见的吸收型光纤传感器有光纤光栅传感器和吸收型光纤传感器。
2. 衍射测量型衍射测量型光纤传感器是通过测量目标物质对光的衍射现象来直接测量目标物理量的。
锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用的开题报告
锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用的开题报告题目：锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用一、研究背景近场光学显微镜是一种最小可见分辨率为几纳米的超高分辨率显微镜，其应用范围十分广泛，包括材料科学、生物学、化学等领域。
在近场光学显微镜中，锥形光纤可以用于导引和收集光信号，因此对锥形光纤的传输特性进行研究对近场光学显微镜的性能提升至关重要。
二、研究内容及目的本研究旨在研究锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用，具体内容包括：1. 锥形光纤的制备方法和原理；2. 锥形光纤的光学特性，包括损耗、色散、波导模式等；3. 锥形光纤在近场光学显微镜中的应用，包括信号采集、光强增强、拉曼光谱等方面的应用。
通过研究锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用，旨在提高近场光学显微镜的性能，并为相关领域的研究工作提供参考。
三、研究方法和技术路线1. 制备锥形光纤并进行光学测试：使用化学蚀刻法、爆炸法等方法制备锥形光纤，并进行光学测试，包括形貌特征、光学常数、损耗等。
2. 数据分析：对锥形光纤的光学测试数据进行分析，获取其光学特性。
3. 研究锥形光纤在近场光学显微镜中的应用：通过采集样品上的光信号，分析锥形光纤在近场光学显微镜中的应用，包括信号采集、光强增强、拉曼光谱等方面的应用。
4. 总结与展望：综合分析研究结果，总结并展望锥形光纤在近场光学显微镜中的发展前景。
四、预期目标1. 完成对锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用的研究；2. 获得锥形光纤的光学特性和在近场光学显微镜中的应用效果；3. 提高近场光学显微镜的性能，推动其在相关领域的研究工作进展；4. 发表相关学术论文或专著。
3分钟了解锥形双包层光纤
3分钟了解锥形双包层光纤双包层光纤2020年是激光器发明60周年。
经过半个多世纪的发展，作为光源的发射装置，激光器从最初的红宝石激光器一步步发展至今，其性能逐渐稳定和增强。
随着激光技术和光束处理方面的进步，激光器为众多先进的科学和工业应用打开了大门。
双包层光纤(Double Cladding Fiber)是有源光纤领域中的一项重要技术，对光纤激光器和放大器来说是一个具有重大意义的技术突破，它使光纤激光器进入了大功率时代。
在过去十年中，通过使用包层抽运光纤架构，光纤激光器的输出功率急剧上升，带动了一系列诸如光束质量、转换效率以及灵活性等方面的性能提升。
从双包层光纤端面可以看到4层结构：(1)纤芯；(2)内包层；(3)外包层；(4)保护层，见图1。
（a）（b）图1.（a）双包层光纤结构；（b）包层抽运示意图纤芯由掺稀土元素的GeO2和SiO2 构成（n1），内包层由横向尺寸比纤芯大得多、折射率比纤芯小的纯SiO2构成（n2），纤芯作为激光振荡的通道。
内包层是抽运光通道，合理设计纤芯和包层的折射率差调整数值孔径(Numerical Aperture)，可以对相关激光波长设计为单模传输。
外包层是由折射率比内包层小的透明软塑材料构成（n3）。
最外层则由硬塑材料包围，构成光纤的保护层。
双包层光纤存在的一个普遍问题是抽运光与掺杂光纤纤芯的有限重叠，这会导致抽运吸收效率降低，因而需要更长的光纤来维持增益，但这会增强非线性效应，引起脉冲展宽。
锥形双包层光纤锥形双包层光纤（T apered-DCF）是使用专门的光纤拉伸工艺形成的双包层光纤，在常规双包层光纤的基础上进一步提高了抽运光的吸收效率，图2是锥形双包层光纤示意图。
图2. 锥形双包层光纤示意图，光纤的其中一头呈锥形其中，控制温度和拉力以沿光纤的长度形成锥度，即纤芯以及内包层和外包层的直径均沿光纤的长度渐变，这使得T-DCF能够吸收更多模式的抽运光，提高了抽运光的利用率。
锥形微纳光纤传感器的优化设计
锥形微纳光纤传感器的优化设计锥形光纤在荧光传感领域应用广泛。
其中，由自由基光聚合法制成的锥形微纳光纤（PTOF）具有制造工艺灵活、耗能低的优点。
为了提高荧光收集效率，进而提高锥形微纳光纖传感器的灵敏度，文章在不同曝光时间和曝光功率下制作了不同尺寸的PTOFs作为传感头，对包埋在锥形尖端的荧光素进行荧光收集。
实验结果表明，25μW，5s下生成的PTOF有较好的荧光收集效率，约为端面切平光纤的9.6倍。
标签：PTOF;光纤传感;溶胶凝胶法;荧光收集特性锥形光纤具有倏逝波强度强和荧光收集效率高等优越特性[1，2]。
常用的制作锥形光纤的方法有化学腐蚀法、熔拉法及研磨法[3]。
2009年，R.Bachelot等在前人基础上通过自由基光聚合法在单模光纤末端形成聚合物微尖端[4]。
与其它制锥工艺相比，该方法相对简单，损耗低，对技术要求较低，更易于控制形状参数[4]。
制作PTOF过程中，光敏试剂被引发交联聚合反应时的曝光时间和曝光功率等对PTOF的形状有影响。
本文通过不同尺寸PTOF荧光收集效率的比较，对锥形微纳光纤传感器进行优化设计。
1 锥形微纳光纤的制作1.1 实验原理本实验在R.Bachelot[4]改进的光致聚合法制锥工艺基础上制备锥形光纤。
原理可表述为，在450nm到550nm之间某一波长的激光照射下，光敏试剂被引发交联聚合反应，进而在石英光纤端面形成可以看作纤芯延伸的聚合物尖端。
1.2 制作步骤首先配制光敏试剂。
配方如下：3.5937g多官能丙烯酸酯单体季戊四醇三丙烯酸酯，303ul染料敏化剂曙红-Y，0.0196g共引发剂甲基二乙醇胺。
混合上述试剂并在室温、1800rpm条件下水浴搅拌6h。
在25℃的暗室中制造PTOF。
端面切平光纤一端垂直浸入光敏试剂并匀速拉出，来自488nm 激光器的激发光通过衰减器衰减到微瓦水平，被40倍物镜耦合到光纤中，由纤芯到达光纤末端覆盖的试剂。
在PTOF制造过程中，使用光功率计调整到达光纤末端光的功率（曝光功率）;使用光学快门控制试剂的曝光时间。
锥形光纤在光纤传感和光纤激光器上的应用
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光纤传感器原理、结构线路及其应用
目录摘要 (1)1. 光纤传感器概述 (1)1.1光纤传感器研究背景 (1)1.2研究的目的及意义 (2)2. 原理 (3)2.1光导纤维导光的基本原理 (3)2.1.1 斯乃尔定理（Snell's Law） (3)2.1.2 光纤结构 (4)2.1.3 光纤导光原理及数值孔径NA (5)2.2光纤传感器结构原理 (6)2.3光纤传感器的分类 (7)2.3.1 根据光纤在传感器中的作用 (8)2.3.2 根据光受被测对象的调制形式 (9)3. 光纤传感器的应用 (10)3.1温度的检测 (10)3.1.1 遮光式光纤温度计 (10)3.1.2 透射型半导体光纤温度传感器 (11)3.2压力的检测 (12)3.2.1 采用弹性元件的光纤压力传感器 (12)3.2.2 光弹性式光纤压力传感器 (14)3.3液位的检测 (16)3.3.1 球面光纤液位传感器 (16)3.3.2 斜端面光纤液位传感器 (17)3.3.3 单光纤液位传感器 (18)3.4流量、流速的检测 (19)3.4.1 光纤涡街流量计 (19)3.4.2 光纤多普勒流速计 (20)总结 (21)参考文献： (22)摘要光纤传感器(FOS Fiber Optical Sensor)是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。
它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，它与以电为基础的传感器有本质区别。
光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。
因此，它同时具有光纤及光学测量的特点。
近年来，传感器朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。
在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。
光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能;绝缘、无感应的电气性能;耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区或者对人有害的地区，如核辐射区)，起到人的耳目作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
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锥形光纤的传感原理
锥形光纤作为一种新型的光纤传感器，在生物医学、化学、环境等领域中具有广泛应用前景。
其传感原理是基于锥形光纤的结构特点和光学特性。
锥形光纤的结构是一端较粗，另一端逐渐变细，最细处可达到几百纳米级别。
其光学特性是可以使光的走向发生变化，使其在光纤中反射多次，从而增强光与样品的相互作用，提高传感灵敏度。
锥形光纤的传感原理是基于其表面等离子体共振（SPR）效应。
当光从光纤中传输到达锥形部位时，由于几何形状和材料特性的变化，光的传递方式发生变化，导致光在锥形部位与周围介质发生相互作用，形成SPR现象。
当有样品与锥形部位接触时，样品中的分子将吸附在锥形光纤表面，导致SPR现象的改变，从而可以通过检测SPR现象的变化来获得样品信息。
锥形光纤传感器具有高灵敏度、高选择性、快速响应等优点，可以实现对微量样品的检测，对于生物医学、化学及环境监测等领域有重要应用。
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