法布里-珀罗光纤传感综合报告
均匀光纤光栅法布里-珀罗腔反射峰值波长分析
第10卷 第5期大连民族学院学报Vol .10,No .5 2008年9月Journal of D alian N ationalities UniversitySeptembe r 2008文章编号:1009-315X (2008)05-0437-04均匀光纤光栅法布里-珀罗腔反射峰值波长分析冯显桂1,刘晓东2,刘海涛1,王昱枭1,刘 聪1,宋昭远2(1.西南交通大学信息科学与技术学院,四川成都610031;2.大连民族学院光电子研究所,辽宁大连116605)摘 要:从均匀光纤光栅法布里-珀罗腔(F -P 腔)的工作原理出发,通过引入等效F -P 腔长,分析推导出了其反射峰值波长表达式,得到反射峰间隔及其主带宽内的谐振峰数,并且从物理意义上进行了解释。
在耦合模理论和传输矩阵法的基础上,通过MAT LAB 编程进行了数值模拟仿真,并以两种方式改变等效F -P 腔长来分析其对反射谱的影响。
模拟仿真结果表明,等效F -P 腔长的引入对公式起了关键性作用,它等同于均匀取样光纤光栅(U SFBG)反射峰值波长表达式中的取样周期,验证了理论分析的结果。
关键词:光纤光栅F -P 腔;等效F -P 腔长;反射峰值波长;取样周期中图分类号:T N253文献标志码:AAna lysis on the Reflection -M a xi m um W a velengths ofthe Un i f orm F iber -gra t i n g F -P C av ityF ENG Xi an -gu i 1,L I U X i a o -dong 2,L I U Ha i -ta o 1,W ANG Yu -xi a o 1,L I U C on g 1,SO NG Zha o -yuan2(1.Scho ol of Infor m ati on Sc ience and T echn o l ogy,S outh we st JiaotongU nive rsity,Chengdu S i chuan 610031,China;2.Institute of Optoelec tronic Technol ogy,Dalian Nati onaliti e s Universit y,Dalian L i aoning 116605,China)Ab stra ct:The ana lytica l exp r ession f or the reflecti on -m axi m um wavelengths of the unif or m fi 2ber -grating F -P cavity is derived and exp lained by intr oducing equivalent F -P cavity length fr o m its wor k principle,the r eflection peak gap and the resonance peak nu m bers of the ma in band w idth are also obta ined.Then based on the coup led -mode theory and the trans m ission ma trix m ethod,the result of nume rical si m ulati on byMAT LAB pr ogra mm ing indicates that the equivalent F -P cavity length plays a key r ole in the exp ressi on,which is si m ila r t o the sam 2p ling peri od of unif or m sa mpled fibe r gr a tings in its reflec tion -m axi mum wave lengths ex p res 2sion,which c onfir med the theor e tical analysis .Key word s:fiber -grating F -P cavity;equiva lent F -P cavity length;reflecti on -m axi mum wave length;sa mp ling peri od 光纤光栅是一种十分重要的无源光器件,已被广泛应用于光通信和光纤传感等领域[1],为未来全光网络的到来奠定了基础。
光纤热双金属片Fabry-Perot腔温度传感器研究
目录
• • • • • • 研究背景 国内外研究现状 实验过程 结果讨论 实验结进一步降低，光 纤传感的应用特别是在一些特殊场合的应用近年来有了重 要的拓展。开展的光纤温度传感研究就是为了提供一种简 单可行并能用于易燃易爆危险环境，安全可靠的温度检测 装置。 热双金属是一种复合金属, 一般用两层或多层具有不 同膨胀系数的金属或合金沿整个接触面牢固复合在一起组 成条片或薄板形状。具有随温度变化发生形状变化的特。 并且由于它结构简单、价格低廉、制作方便和动作可靠、 是目前广泛应用的自动控制元件之一。
研究背景
光纤F-P温度传感器的特点是采用单根光纤利用多光 束干涉来检测温度，具有结构简单、体积小、灵敏度高、 防燃、防爆、抗干扰能力强、容易做成分布式结构等优点， 并可以通过硅机械工艺(MEMS)加工，容易实现体积微型 化。 本文提出的光纤热双金属片Fabry-Perot腔温度传感器 是用F-P腔干涉机理,利用常见的法兰盘光纤连接器,以热双 金属片抛光表面和插入连接器的尾纤端面，当温度变化时 ,热双金属片随着温度的变化产生形变,致使传感器输出光 强发生变化,从而可以实现温度测量。
国内外研究现状
• 美国人R.A.Woithois等人利用了硅的折射率随温度变化的 原理设计了宽带光源的温度传感器。其分辨率达到2℃， 测量精度为5%，测量范围为10℃到650℃。 • 1997年贝尔实验室的Denis.S.Greywell等人利用气体热胀冷 缩的原理设计的气压式光纤F-P温度传感器其分辨率为1℃， 测量精度为3%，测量范围为20℃到60℃。 • 燕山大学毕卫红教授所设计的毛细管式F-P光纤温度传感 器是将两根端面镀膜的多膜光纤插入毛细管中，形成F-P 干涉腔。由于毛细管的有效长度和温度载荷有一定关系， 当温度发生变化时，毛细管的有效长度发生变化,，进而 使F-P腔长发生变化，从而改变输出光的强度，目前可对 温度进行绝对测量,其测量范围-140~100℃,分辨率达到 0.1℃，测量精度为1%,重复性好。
蓝宝石光纤空气隙非本征型法布里-珀罗高温传感器复用技术研究
形 成 Ｆ 腔 产 生 干 涉 条 纹 。抛 光 时 ， 将 斯 根 蓝 宝 Ｐ 石 光 纤 放 入 到 一 根 ５ ｍ长 内 径 ２ ９ ｍ的氧 化 锆 毛 ｃ ３ｕ 细管 内固定 。由于每根 光纤最大 能够 占据８ ｕ ９ ｍ 的位 置 ， 因 此 ， 四根 光 纤 端 面 的 家 督 误 差 最 大为
后 ，将 传 感器 放置 于 １ ５ ℃的 电 阻炉 （ ｈ ｒ ｌｎ ０ １ Ｔ ｅｍｏｙ ｅ
訇 化
４ ０ ０ 里 进 行热 退 化 来增 强 其 稳 定 性 。 图２ ８０） 所示 为
一
空气 隙 Ｆ 传 感器 的反 射 谱 图 。从 图 中我 们 可 以 Ｐ
本 文 中，我们 通过 采用 蓝宝石 管线 抛光技 术 和 氧 化 锆 准 直 管 来获 得 Ｆ 传 感器 高 对 比度 。这 些优 Ｐ 点使我 们第 一次 实现 了蓝宝 石光纤 传感 器 的串联 复 用 多点 温度 测量 。此外 ， 由于采用 氧化 锆准 直管 有
Байду номын сангаас
效 地 增 加 了 传 感器 的长 度 ，空 气 隙 的Ｆ 传 感 器表 Ｐ
现 了比此前膜 片式 传感器 更加高 的灵 敏度 。
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ｗ ａ ｅｅ ５ ｍ（ ｖｌ ０ ｎ ８ ｍ）
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图２ 不 同 腔 长 空 气 腔Ｆ 传 感 器 反 射 光谱 Ｐ
１ 实验装置及原理
图 １ 示 为 一 单 点 空 气 隙 高 温 Ｆ 传 感 器 结 所 Ｐ
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匐 似
蓝宝 石光纤空气隙 非本征 型法布 里一 珀罗高温传感器 复用技术研究
Ｓａ ｐｈ ｒ ｂ －ｙ ｅ ａｉ ｇａ ｘ ｒｎ ｃ Ｆ ｂｒ －Ｐｅ ｏ ｅ ｓ ｉ ｅ ｐ ａ ｕ ｅ ｓ ｎ ｏ ｐ ｉｅ Ｆｉｅｒｔ ｐ ｒ ｐ ｅ ｔｉ ｓｉ ａ ｙ ｒ ｔｒ ｕ ｅｏｆｈ ｇｈｔ ｍ ｅｒ ｔ ｒ ｅ ｓ ｒ
基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究的开题报告
基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究的开题报告一、研究背景光纤光栅是一种广泛应用于光通信、光传感等领域的重要光学元件。
其具有高灵敏度、高可靠性、低耗能等优点，被广泛应用于温度、应力、压力等物理量的测量。
然而，光纤光栅的解调技术一直是一个备受关注的研究方向。
传统的解调方法主要有光源波长扫描法和 Fourier 变换法，但都存在不同程度的局限性和缺陷。
二、研究目的本研究旨在基于可调谐法布里—珀罗滤波器，研究一种新的光纤光栅解调技术。
该技术利用可调谐法布里—珀罗滤波器的谐振峰移动特性，实现对光纤光栅反射光信号的解调。
本研究将对该技术的原理、特点以及解调精度进行详细研究，并通过实验验证该技术的可行性和实用性。
三、研究方法1. 文献调研：对可调谐法布里—珀罗滤波器的原理、光纤光栅的解调技术、光学传感器等相关领域的文献进行调研和分析。
2. 实验研究：设计并搭建可调谐法布里—珀罗滤波器和光纤光栅解调系统，通过控制谐振腔的长度、激光波长等参数，实现对光纤光栅反射光信号的解调，并进行精度测试。
3. 数据分析：对实验数据进行分析和处理，验证该技术的可行性和实用性，对其解调精度进行评估和比较。
四、研究意义1. 开发一种新的光纤光栅解调技术，填补了现有解调方法的局限性，对光学传感器的应用有着重要的推广和应用价值。
2. 研究可调谐法布里—珀罗滤波器的谐振峰移动特性，增加了对该器件的认识和理解，为其更广泛的应用提供了参考和支持。
3. 推动光学传感器领域的发展和创新，为光学测量和光学通信等领域提供更加可靠和精确的光学元件和技术支持。
五、预期结果1. 研究出基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术，实现对反射光信号的精确解调，并评估其解调精度和应用价值。
2. 深入探究可调谐法布里—珀罗滤波器的谐振峰移动特性，为其更广泛的应用提供参考和支持。
3. 推动光学传感器和光学通信领域的创新和发展，为相关领域的应用提供可靠和精确的光学元件和技术支持。
光纤法布里-珀罗传感器及其高温应用
第41卷第6期遥测遥控V ol. 41, No. 6 2020年11月Journal of Telemetry, Tracking and Command November 2020光纤法布里-珀罗传感器及其高温应用*毛国培，李金洋，史青（北京遥测技术研究所北京 100076）摘要：随着航天技术不断发展，大推力运载火箭等精细化设计需求日益增加，飞行器高温工况结构及流场状态感知已成为当前研究的关键环节。
基于法布里-珀罗干涉结构的光纤传感器在高温、高压、狭小空间等特殊环境展现出独特优势，被视为下一代高温原位测量工具。
介绍了法布里-珀罗传感器的基本结构及原理，并分别从温度、应变和压力监测方面介绍了法布里-珀罗高温传感技术研究进展以及未来的发展趋势。
基于石英光纤的法布里-珀罗传感器能够应用于1000°C以下环境，对于1000°C以上环境，需要以蓝宝石光纤作为敏感元件和传光介质。
关键词：光纤光学；法布里-珀罗腔传感器；高温测量；温度；应变；压力中图分类号：TP219.9 文献标识码：A 文章编号：CN11-1780(2020)06-0012-08Optic fiber Fabry-Perot sensor and its applications in high temperatureMAO Guopei, LI Jinyang, SHI Qing（Beijing Research Institute of Telemetry, Beijing 100076, China）Abstract: With the continuous development of aerospace technology, the demand for fine design of high-thrust launch vehicles and other related equipment is increasing. The aircraft structure and flow field state perception under high temperature working condition have become critical in current research. Fiber optic sensor based on Fabry-Perot cavity, which is regarded as the next generation measuring tool of high temperature in situation measurement, gradually shows the superiority in special environments such as high-temperature, high-pressure and narrow space. The basic structure and principle of Fabry-Perot sensor are introduced, as well as describes its recent progress and future development trends from the measurements of temperature, strain and pressure. The Fabry-Perot sensor based on silica fiber can be applied below 1000 °C, for environments more than 1000 °C, sapphire fiber is needed as the sensing element and light-transmission medium.Key words: Fiber optics; Fabry-Perot sensors; High temperature measuring; Temperature; Strain; Pressure引言随着我国航天事业发展，运载火箭载荷负载能力和发射频次不断提高。
基于光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器
万方数据电子科技大学学报第３８卷ｅｔｃ．，ｈａｖｅｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚｅｄａｎｄｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｆｏｒｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｌａｒｇｅｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（ｅ．ｇ．ｂｒｉｄｇｅｓａｎｄｄａｍｓ），ｓｐａｃｅａｉｒｃｒａｆｔｓ，ａｎｄａｉｒｐｌａｎｅｓ，ｅｔｃ．，ｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｌｅａｄｔｏｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＳＯ．ｃａｌｌｅｄｓｍａｒｔｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ａｎｄｈａｒｓｈｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ（ｅ．ｇ．ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）．ＷｉｔｈｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＰＣＦｓ，ｔｈｅｒｅａｒｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓｔｈａｔｂｙｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＰＣＦｓｉｎｔｏｔｈｅＦＦＰＩｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｒｏｇｒｅｓｓｃｏｕｌｄｂｅｍａｄｅｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＦＦＰＩｓｅｎｓｏｒｓ，ｏｆｆｅｒｉｎｇａｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｏｆｏｒｍａｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＦＦＰＩｓｅｎｓｏｒｓ．Ｆｉｇ．１ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｙｐｉｃａｌＦＦＰＩｓｅｎｓｏｒ（ｅｘｔｒｉｎｓｉｃＦＦＰＤ２ＦＦＰＩＦｏｒｍｅｄＢｙＨｏｌｌｏｗＣｏｒｅＰＣＦ２．１ＳｅｎｓｏｒＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＡｔｙｐｉｃａｌＦＦＰＩｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｆｉｂｅｒｓｉｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ．１，ｗｈｅｒｅｔｈｅＦ－Ｐｃａｖｉｔｙｉｓｎｏｒｍａｌｌｙｆｏｒｍｅｄｂｙａｈｏｌｌｏｗｇｌａｓｓｔｕｂｅ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｖｅｒｙｈｉｇｈｌｏｓｓｏｆｔｈｅｇｌａｓｓｔｕｂｅａｓａｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ｔｈｅｃａｖｉｔｙｌｅｎｇｔｈｉｓｌｉｍｉｔｅｄｔｏｂｅｑｕｉｔｅｓｈｏｒｔ，ｕｓｕａｌｌｙｌｅｓｓｔｈａｎａｆｅｗｈｕｎｄｒｅｄｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒｓ，ｍａｋｉｎｇｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｓｓｅｍｂｌｙｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｃｏｎｔｒｏｌ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｐｏｏｒｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｂｙｃｏｎｔｒａｓｔ，ｈｏｌｌｏｗ—ｃｏｒｅｐｈｏｔｏｎｉｃｂａｎｄｇａｐｆｉｂｅｒｓｕｓｅａｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｃｌａｄｄｉｎｇｒｅｇｉｏｎｗｉｔｈａｉｒｈｏｌｅｓｔｏｇｕｉｄｅｌｉｇｈｔｉｎａｈｏｌｌｏｗｃｏｒｅ．Ｔｈｅｐｈｏｔｏｎｉｃｂａｎｄｇａｐｇｕｉｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｏｔａｌｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｇｕｉｄｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ＴｈｅＨＣＰＣＦ—ＦＦＰＩｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂｙｓｐｌｉｃｉｎｇａｓｅｃｔｉｏｎｏｆｈｏｌｌｏｗ－ｃｏｒｅＰＣＦ（ＨＣＰＣＦ）ｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｓｔａｎｄａｒｄｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅｆｉｂｅｒｓ（ＣｏｍｉｎｇＳＭＦ－２８）ｔｏｆｏｒｍａｌｌｉｎ－ｌｉｎｅｅｔａｌｏｎ，ａｓ‘ｄｉｓｐｌａｙｅｄｉｎＦｉｇ．２ａｎｄ３【，ｊ．Ｓｕｃｈ．ａｎｉｎ—ｌｉｎｅＨＣＰＣＦｅｔａｌｏｎｃａｎｇｒｅａｔｌｙｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｓｐａｔｉａｌｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（ＳＦＤＭ）ｄｕｅｔｏｔｈｅｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｔｈｅｃａｖｉｔｙｌｅｎｇｔｈ．Ｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ，ｔｈｅｆｒｉｎｇｅｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙＶｉｓｍａｉｎｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｓｐｌｉｃｉｎｇｌｏｓｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｉｎｇｌｅ．ｍｏｄｅｆｉｂｅｒａｎｄｔｈｅＨＣＰＣＦａｓｔｈｅｖｅｒｙｌＯＷｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｏｓｓｏｆｔｈｅＨＣＰＣＦＣａｎｂｅｉｇｎｏｒｅｄ，ｒａｔｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｃａｖｉｔｙｌｅｎｇｔｈｉｎａｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＦ－Ｐｃａｖｉｔｙｗｉｔｈａｌｌａｉｒｇａｐ．Ｈｅｎｃｅ，Ｖｖａｒｉｅｓｌｉｔｔｌｅｗｉｔｈｔｈｅｃａｖｉｔｙｌｅｎｇｔｈ．ＷｈｉｃｈｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｏＨｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｖｅｎｗｈｅｎｔｈｅＨＣＰＣＨｅｔａｌｏｎｌｅｎｇｔｈｉＳｅｘｔｅｎｄｅｄｔｏ２ｃｍ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ＶｉｓｅｎｈａｎｃｅｄｇｒｅａｔｌｙｂｙｃｏａｔｉｎｇｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｆｉｂｅｒｅｎｄｗｉｔｈａｈＪｉｇｈｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｆｉｌｍ，ａｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ．４．Ｆｉｇ．２Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｉｎ—ｌｉｎｅＨＣＰＣＦｅｔａｌｏｎ五／ｎｍ乱ｗｉｔｈｏｕｔｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｆｉｌｍＡ／ｎｍｂ．ｗｉｔｈｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｆｉｌｍＦｉｇ．４ＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅｓｉｇｎａｌｓｆｒｏｍａＨＣＰＣＨｅｔａｌｏｎ 万方数据 万方数据４９０电予科技大学学报第３８卷ｓｐｅｅｄｓａｔｔｈｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆ１５５０衄．Ｆｉｇ。
非本征法布里-珀罗光纤氢气传感器的研究
应 特性 ， 论模 型预 测 的氢 气浓度 与实 验结果 吻合 。 理
关键 词 ：氢气传 感 ；光 纤传 感 ；钯膜 中 图分 类号 ： ＴＮ２ ３ ５ 文献标 识 码 ：Ａ 文章编 号 ： ０ ５４ ８ ２ １ ） １０ ０ — ３ １ ０ —８ Ｘ（ ０ ０ ０ — ０ ７０
Ａ ｕ ｔｉｓｃ Ｆａ ｙ— ｒ ｔＩｔ ｒｅｒ ｍ ｅｔｉ ｔｃ Ｓｔ ｄｙ ｏｎ Ｅｘ ｒｎ ｉ ｂｒ — Ｐｅ ｏ ｎ ｅ ｆ ｏ ｒｃ Ｏｐ ｉａｌ
（． 华 大 学 精 密 测 试 技 术 及 仪器 国家 重 点 实 验 室 ， 京 １０ ８ ； ． 华 大 学 电子 工 程 系 光纤 传 感 研 究 室 ， 京 １ ０ ８ ； １清 北 ００４２清 北 ０ ０４
３ 中 国工 程 物 理 研 究 院 ， ． 四川 绵 阳 ６ １０ ） ２ ９ ０
ｈｙ ｏ ｅｎ ａ ｏ ｕｃ ｓ ａ ｃ ｎ ｎ ｔ ａ ｅ ｇｔ ｆｔ ｅ ｓ ．Ｔｈｅ ｓ ｒ ｓ ｒ ｎｓ ｅ ｄｅ ｆｔ ｄｒ ｇ ｎｄ ｐｒ ｄ ｅ ｈａ ｇｅ ｉ ｈｅ ｇ ｐ ｌ ｎ ｈ ｏ ｈｅｓ ｎ ｏｒ ｔ ｅ ｓｔ ａ ｆ ｒｍｏ ｌｏ ｈｅ
学、 电子等工 业 生产 方面 有着 广泛 的应 用 。 而氢气 然
士 丘
是 一种 极易 爆炸 的气 体 ， 室温 和标 准大气 压下 ， 在 其
Ｂ ｉ ｇ ００ ８４，ＣＨ Ｎ ； ｎ １ ０
３ Ｃ ｉａＡｃｄ ｍ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｐｈ ｓ ｓ Ｍｉｎ ａ ｇＳ ｃ ｕ ｎ６ １ ０ ， ＨＮ、 ． ｈｎ ａ ｅ ｙｏ Ｅ ｇｎｅｉ ｙ ｉ ， ａ ｙ ｎ ｉ ａ ２ ９ ０ Ｃ ｆ ｎ ｃ ｈ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ：Ａ ｗ ｙ ｆｈｙ ｏ ｎ ｓ ｎ ｏ ｓ ｄ ｏ ｔｃ ｌｆｂｅ ｘｔ ｉ ｓ ｃ Ｆａ ｙ Ｐｅ ｏｔｉ ｔ ｒ ｓｒ ｃ ｎｅ ｔ ｐｅ ｏ ｄｒ ｇｅ ｅ ｓ ｒ ｂａ ｅ ｎ ｏｐ ｉａ ｉ ｒｅ ｒｎ ｉ ｂｒ — ｒ ｎ ｅ —
法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪测量光波波长 (3)
实验题目:法布里－珀罗(Fabry －Perot)干涉仪测量光波波长
实验内容：测量激光的波长。
1、按照理论，当干涉环由暗变亮时，共振腔长度d 的变化量为半
个光波波长，故只要测量一定数量的干涉环的吞吐数n 和共振腔长度d 的改变量，即可根据公式d n n =•2
λ求出激光波长。
2、实验时要求测量干涉环吞吐50圈时，共振腔长度d 的改变量，
求出波长，注意：杠杆比为l ：20。
3、重复测量6次，计算平均值和误差。
氦氖激光器波长的理论值
为632.8nm 。
数据处理:原始数据附于(PB06210493 张绍练)的实验报告中,在此仅分析数据
6次共振腔长度d 的长度分别为0.298,0.291,0.309,0.302,0.302,0.298 mm(吞吐50圈) 从而,换算为光波长为
,求得光波长为
596,582,618,604,604,596nm
=600nm,
11.93nm
U==2.57×=12.52nm =600±12.52nm
思考题:F-P 干涉仪的优点在于其干涉条纹很细,有可能更精密地测定确切位置,可
用来测量波长差非常小的两条光谱线的波长差;另外,若入射光为包含许多波长的连续光谱,F-P 干涉仪可以使只满足投射光干涉极强条件的波长的光波穿过,其他波长将被反射,起到滤光的作用,将连续光谱变成一些谱宽很窄的分立光谱,可以大大提高透射光的单色性。
基于实芯光子晶体光纤的本征型法布里-珀罗温度传感器
基于实芯光子晶体光纤的本征型法布里-珀罗温度传感器付兴虎;谢海洋;刘涛;郭朋;付广伟;郭璇;毕卫红【摘要】本文提出一种基于实芯光子晶体光纤（Photonics Crystal Fiber，PCF）的本征型法布里⁃珀罗干涉（Intrinsic Fabry⁃Perot Interferometer，IFPI）温度传感器。
该传感器仅需两次电弧熔接即可制备而成。
对不同腔长的传感器进行了温度传感实验，实验结果表明，在20～90℃的温度变化范围内，传感器具有较好的温度灵敏度，且在一定长度范围内，F⁃P 腔长越长，灵敏度越高，最高可达16．34 pm／℃。
因此，该传感器具有制作简单、结构稳定、灵敏度高等优点，可用于不同场合的温度传感领域。
%A novel intrinsic Fabry⁃Perot interferometer IFPI temperature sensor based on solid core photonic crystal fiber PCF is proposed in this paper.It is easy to fabricate by fusion splicing method.Different cavity length of this sensor are prepared and then its temperature sensing properties are demonstrated experimentally.The experiments result show that all of them have good temperature sensitivity in the range of 20~90 ℃ and with the increas e ofF⁃P cavity length which varies in a short range the temperature sensi⁃tivity is gradually increased and can up to 16.34 pm/ ℃ .Therefore this sensor has many advantages such as simple⁃produced stable structure good linearity and so on and can be used in temperature sensing field.【期刊名称】《燕山大学学报》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P114-119)【关键词】实芯光子晶体光纤;IFPI温度传感器;F-P腔;单模光纤【作者】付兴虎;谢海洋;刘涛;郭朋;付广伟;郭璇;毕卫红【作者单位】燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 066004; 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北秦皇岛 066004;燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 066004;燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 066004;燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 066004;燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 066004; 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北秦皇岛 066004;燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 066004; 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北秦皇岛 066004;燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛066004; 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北秦皇岛 066004【正文语种】中文【中图分类】TN253付兴虎1，2，∗，谢海洋1，刘涛1，郭朋1，付广伟1，2，郭璇1，2，毕卫红1，2（1.燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛066004；2.河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北秦皇岛066004）温度作为航空航天、企业生产、工程制造等领域中的生产和控制的重要参数之一，对其检测的重要性日益凸显。
道路智能监测的革新：光纤传感技术在动态称重系统中的应用
道路智能监测的革新：光纤传感技术在动态称重系统中的应用随着智能交通系统的快速发展，对道路基础设施的监测和维护提出了更高的要求。
其中，动态称重系统（Weigh-in-Motion, WIM）作为智能交通管理的重要组成部分，对于车辆超载控制和道路维护成本的估算至关重要。
本文将探讨一种基于法布里-珀罗（Fabry-Pérot, F-P）腔光纤技术的新型WIM系统，该系统以其高精度、高稳定性和抗干扰能力，为道路智能监测领域带来了新的突破。
技术革新：F-P腔光纤技术传统的WIM系统多采用金属应变片或压电传感器，这些传感器在动态测量中存在速度限制和环境适应性差的问题。
而F-P腔光纤技术以其独特的光学特性，提供了一种全新的解决方案。
F-P腔传感器通过测量光在腔内的波长变化来检测压力变化，从而实现对车辆动态载荷的精确测量。
实验室测试表明，F-P腔传感器能够准确捕捉交通载荷，并且车辆载荷和轴数的估算精度较高。
此外，该系统在实际道路应用中表现出色，称重精度达到了94.46%，并且能够估计车辆轴数和载荷位置，精度分别达到了97.1%和300毫米。
智能交通的未来：WIM系统的深远影响WIM系统的应用不仅限于道路维护和超载控制，它还为智能交通系统的其他领域提供了数据支持。
例如，在自动驾驶车辆的路径规划、道路使用费的收取以及交通流量的实时监控中，WIM系统都能够提供重要的数据支撑。
此外，随着5G、物联网等技术的发展，WIM系统有望实现更加广泛的互联互通，为智能交通系统的构建提供更加坚实的基础。
挑战与展望尽管F-P腔光纤WIM系统在实验室和现场测试中均显示出巨大的潜力，但在实际应用中仍面临一些挑战。
例如，传感器的长期稳定性、成本效益分析以及在不同气候和环境条件下的适应性等问题都需要进一步的研究和改进。
未来的研究可以集中在以下几个方面：首先是提高传感器的耐用性和稳定性，以适应更广泛的应用场景；其次是优化算法，提高数据处理的准确性和实时性；最后是探索与其他智能交通系统的融合，实现数据的最大化利用。
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法布里-珀罗光纤传感综合报告一、基本概念及工作原理光纤传感技术主要涉及不同类型光纤传感器的开发和应用。
在目前已经开发出的各种类型光纤传感器中应用比较广泛的有光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)、长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating，LPFG)和几种基于干涉原理的传感器，包括马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)、迈克尔逊干涉仪(Michelson Interferometer，MI)和法布里-珀罗干涉仪(Fabry-PerotInterferometer，FPI)等。
其中光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高、耐高温和抗电磁干扰等优点，广泛应用于航空航天、能源工业及环境监测等领域。
1.1法布里-珀罗传感器原理光纤FPI传感器是基于多光束干涉原理，其中多光束干涉是指一组相互平行并且任意两束光之间光程差都相同且频率相同的光束相干叠加。
典型的FPI 通常由两个平行的反射面构成，如图1所示，当一束光以倾角θ，入射到厚度为L的平行玻璃板时，光会发生多次反射，从而形成多光束干涉。
图1 多束光干涉原理图并且无论是反射光还是透射光，任意两束相邻光束之间的相位差δ 可都是相同的。
相位差δ 可由公式(1) 计算：nLcosθt（1）δ=4πλ0在公式(1)中，λ0为光的波长，n为玻璃板的折射率，θt为射入玻璃板光束的折射角，L为玻璃板的厚度。
反射面上的光强为：I0（2）I r=T2T2+4Rsin2δ2其中I0为初始光源。
透射面上的光强为：I0（3）I t=T2T2+4Rsin2δ2其中T 是玻璃板单面的透射率，R 是玻璃板单面的反射率。
从公式(1) 可知，任意两个相邻光束的相位差δ 由入射光的波长λ0，玻璃板的折射率n，玻璃板的厚度L 和进入玻璃板光束的折射角θt 共同决定。
光纤FPI 传感器的两个反射面可近似看作玻璃板的上下表面。
当传感器受到环境的影响时，法珀腔内部的折射率或腔长发生变化，表现为其反射谱的反射峰发生红移或蓝移。
当反射率非常低时，可以将多光束干涉近似地视为双光束干涉。
此时，FPI 干涉光谱的光强公式可以表示为：I=I1+I2+2√I1I2cosϕ（4）其中，I1和I2分别是从FPI 两个反射面反射的光的强度，而ϕ是FPI 随压力和温度变化引起的相变，可以表示为：ϕ=4πn1L/λ+ϕ0（5）其中n1是FPI 中法珀腔内部的折射率，ϕ0是初相位，L 是法珀腔的腔长，λ 是入射光的波长。
FPI干涉光谱的自由光谱范围(Free Spectrum Range，FSR) 为：FSR=λ2−λ1=λ1λ2（6）2n1L其中λ1是干涉波谷的波长，λ2是λ1 相邻干涉波谷的波长。
1.2光纤FPI传感器的温度传感原理当外界温度改变时，光纤的折射率以及长度会发生变化，从而导致FPI的相位发生变化，引起光纤FPI的干涉谱发生移动。
因此可以通过检测其干涉谱的移动来感知外界温度的变化。
FPI的干涉波谷的波长可以表示为：λ=2n1Lm（7）其中m 为干涉级数，L 为法珀腔的腔长。
所以其温度灵敏度可以表示为：ΔλΔT =(1LΔLΔT+1n1Δn1ΔT)λ=(α+κ)λ（8）其中Δλ为波长的变化量，Δn1为折射率的变化量，ΔL为FPI 腔长的变化量，ΔT为温度的变化量，L为FPI 的腔长，α为热膨胀系数，κ为热光系数。
1.3 光纤FPI 传感器的应变/压力传感原理当外界的应变或压力作用于光纤时，光纤的直径和长度将会发生变化，从而导致FPI 的相位发生变化，引起FPI 干涉谱发生移动。
因此可以通过检测其干涉谱线的移动来感知外界应变或压力的变化。
其相位的变化可以表示为：Δϕ=4πn1λΔL其中Δϕ为相位的变化量，λ是光的波长，ΔL为腔长的变化量。
二、国内外发展现状光纤传感技术是光电子技术的一个重要分支，在光电子领域扮演着十分重要的角色。
近十多年来，随着光纤通信技术和半导体光电技术等相关技术的快速发展，光纤传感技术日渐成熟。
与传统的电传感器相比，光纤传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、体积小、重量轻、可远程监控和可分布式传感等优点，这使其广泛应用于军事领域、能源领域、电力工业领域和周界安全领域等方面。
典型的传感器件包括光纤陀螺仪、光纤水听器、光纤电流传感器、光纤压力传感器及光纤温度传感器，适于在医疗、航空航天、桥梁建筑、高温油井和国防等领域应用。
比如，在医学领域，利用光纤压力传感器在手术过程中对动脉和静脉的血压、颅内压、心内压等的实时监测。
其中光纤压力传感器已经产品化，比如美国强生Codman有创颅内压监测仪以及加拿大FISO光纤压力传感器公司等。
自从1988年Lee和Taylor首次成功制备了本征型法布里-珀罗干涉(intrinsic Fabry-Perot interferometric，IFPI)光纤传感器和1991年Murphy等首次成功制备了非本征型法布里-珀罗干涉(extrinsic Fabry-Perot interferometric，EFPI)光纤传感器以来，光纤法布里-珀罗型传感器逐渐成为光纤传感器家族中的重要成员。
目前，常见的F-P腔光纤温度和压力传感器的制备方法包括:湿法化学腐蚀制备法、电弧放电制备法，飞秒激光制备法、聚合物辅助制备法等。
2005年，Donlagic和Cibula提出了基于膜片设计的全光纤法布里-珀罗(F-P)腔压力传感器结构，利用氢氟酸腐蚀膜片，使膜片尽可能薄，并通过压力容器装置进行实时监测，以便得到设计的灵敏度。
2011年，Ma等利用电弧放电的方式在光纤端面制作出微米厚度的空气腔制作完成的压力传感器的压力灵敏度高达约315mp/MPa，具有较好的高温(600℃)稳定性。
2007年，Wei等利用飞秒激光制备了微型法布里-珀罗干涉仪(micro Fabry-Perot interferometer，MFPI)，其测试温度高达1100℃。
此外，Hill等利用SU-8复合材料研制的压力传感器在微电子机械系统(micro electro mechanical systems，MEMS)中得到了广泛应用。
由于单晶蓝宝石具有超高的熔点、稳定的化学性能和机械强度，SF成为光纤超高温传感器的首选材料。
2009年Lally等人首次将反应性离子蚀刻工艺和直接键合制作工艺相结合制备了一个全蓝宝石FPI高温压力传感器。
2011年，他们又通过将两个蓝宝石晶片粘合，成功地制备了基于蓝宝石的光纤FPI压力传感器，该传感器能在0.04~1.38MPa的压力范围内进行传感。
同年他们使用电子束蒸镀法在抛光SF的端面沉积了一层五氧化二钽薄膜制备了微型FPI传感器，该传感器仅为75μm，可在200~1000°C的温度范围内进行温度测试。
2016年，弗吉尼亚理工大学王安波等人使用氧化铝套管固定SF和蓝宝石晶片制备了用于超高温传感的无源EFPI传感器，如图所示。
该传感器基于环境热辐射干涉原理，实现了1593°C的超高温传感，分辨率可达1°C，并且其在1593°C时温度灵敏度为3.135nm/°C。
图2 基于SF 和蓝宝石晶片制备的无源EFPI 高温传感器2019年，天津大学江俊峰等人使用两根SF并固定在蓝宝石套管内，与蓝宝石晶片组合成了具有高分辨率的自滤波EFPI传感器，其中两根SF分别作为输入光纤和输出光纤。
该传感器在1000°C时温度灵敏度为4.786nm/°C，分辨率为0.25°C。
2020年，北京航空航天大学丁铭等人使用SF和蓝宝石晶片制作了晶片式的光纤FPI传感器，如图3所示。
该传感器在1550°C时的温度灵敏度为32.5pm/°C。
除此之外，该传感器被封装在氧化铝陶瓷管中，具有高度的稳定性，在航空发动机和燃气轮机等极端环境具有重要的应用价值。
同年，庞拂飞等人使用SF和三层蓝宝石晶片制作了用于高温压力测量的FPI传感器，如图4所示。
作者还使用氧化锆套管对该传感器进行封装，提高了传感器的稳定性，使其更好地应用于恶劣环境。
图 3 基于SF 和蓝宝石晶片制备的FPI 高温传感器图4使用三层蓝宝石晶片直接键合制备的EFPI 高温传感器2020年，弗吉尼亚理工大学王安波等人使用飞秒激光在SMF 端面加工出圆柱形微气腔并使用CO2激光熔接技术制备了一种用于高温测量的全蓝宝石微型光纤FPI 传感器，该传感器在1 455 °C 时温度灵敏度为2.45 nm/°C，平均温度分辨率为0.68°C。
作者还对该传感器的热响应进行了仿真分析，并通过实验证明其响应时间约为1.25 ms，与仿真结果基本吻合。
三、制备技术国内外诸多科研机构对光纤F-P腔温度和压力传感器进行了广泛的研究，形成了多种多样的制备方法。
基于制备方法、传感器材料的不同，也已经研制出多种类型的光纤F-P腔温度和压力传感器。
不同的制备方法各有优势，且通过不同制备方法得到的光纤F-P腔传感器的光学特性也各不相同。
主要包括湿法化学腐蚀制备法、电弧放电制备法、飞秒激光制备法、聚合物辅助制备法等方法。
湿法化学腐蚀通常是使用化学腐蚀剂有选择性地腐蚀光纤，由于光纤纤芯和包层的掺杂浓度不同，导致其化学活性不同，使腐蚀速度存在差异。
在进行了一定时间的腐蚀后可以通过熔接方法在光纤中引入气泡，形成光纤微腔。
通过湿法化学腐蚀制备FPI是比较常见的制备方法，该方法直接使用化学腐蚀剂有选择性地腐蚀光纤，具有制作简单和成本较低等优点。
但是在腐蚀过程中需要考虑有效的腐蚀剂和腐蚀剂的选择性，并且要求精确的控制腐蚀速率和时间。
相比于湿法化学腐蚀制备法，通过电弧放电制备FPI传感器具有更便捷和更高效的优势。
该方法通过将光纤置于光纤熔接机的电极中间，调节放电电流和放电时间，然后重复放电制作微腔，最后对光纤进行切割制备出FPI传感探头。
通过电弧放电法制备的具有微气腔的EFPI传感器具有较高的应变灵敏度和压力灵敏度，并且温度和压力的交叉干扰小，但该方法重复性较差，光纤的机械强度会降低。
另外一种电弧放电制备法是使用熔接机熔接不同种类(例如PCF、HCF和SDF等)的光纤，通过将光纤熔接处和光纤与空气的接触面作为反射面制备FPI传感探头。
通过熔接不同类型光纤制备的FPI传感器具有尺寸小和制作简单等优点，但是通过此方法制备的FPI传感器的一个反射面是光纤和空气的接触面，容易受到空气中的接触介质(例如液体、灰尘杂质等)的干扰。
所以对于使用该方法制作的FPI传感器，为了确保测量数据的可靠性，传感器的封装设计必不可少。