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光纤传感半月谈(二)

2015/1/27 15:35:35              

今后不妨先这样:第一,以英文文献为主,中文文献仅择其在本人看来较“有意思”的介绍;第二,以期刊为主,会议文献次之;第三,以传感原理大致分个类(仅仅大致而已,也可能按照原理,也可能按照被测量,看这段时间的文献特点),读起来也方便;第四,限于本人的研究领域,重点介绍物理量传感器。

在光纤FP传感器方面:

上海大学的T. Y. Wang等人提出了利用飞秒激光器在光纤内形成FP腔的方法(“Fiber-optic intrinsic Fabry-Perot interferometric sensors fabricated by femtosecond lasers,” in SPIE. vol. 8034, H. Xiao, et al., Eds., Bellingham: SPIE, 2011.)。与以前电子科大饶云江课题组(Y.-J. Rao, et al., “Micro Fabry-Perot interferometers in silica fibers machined by femtosecond laser,” Opt. Express, vol. 15, pp. 14123-14128, 2007.)报道方法不同,T. Y. Wang采用的是用透镜将光束聚焦在纤芯,制作成两个FP腔的“端面”。

图1 飞秒激光器制作的FP腔“端面”

国防科大近期在两个FBG形成FP腔的研究方面发表了一系列研究报道:S. L. Niu等人介绍了采用两个FBG形成FP腔的方法(“Pico-strain measurement using optimised fibre Fabry-Perot sensor system with reference wavelength,” Electronics Letters, vol. 47, pp. 969-U47, Aug 2011.)。这种结构在上一期提到过,此文中达到1.5 pε的分辨率。

图2 采用FBG对实现FP腔传感器

W. Rao等报道了在FP干涉式传感器中采用PGC的方法(“Phase-generated carrier demodulation scheme for fiber Fabry-Pérot interferometric sensor with high finesse,” Optical Engineering, vol. 50, p. 094401, 2011.),见图3。上期曾提到哈尔滨工程大学的康崇报道了PGC算法在FP光纤水听器方面的应用。此文与之不同的是,文中的FP腔采用PM光纤和两个耦合器构成环形腔,以消除PIF,并具有较高的精细度。

图3 环形腔FP传感器的系统图

此外还有:牛嗣亮等,“光纤布拉格光栅及其构成的法布里-珀罗腔的相位谱特性研究,” 光学学报, vol. 31, p. 0806007, 2011.以及S. Niu, et al., “Fiber Fabry-Perot Hydrophone Based on Push-Pull Structure and Differential Detection,” Photonics Technology Letters, IEEE, vol. PP, pp. 1-1, 2011。

顺便提一下,该课题组还报道了光纤水听器4元阵的海试,(R. Wei, et al., “Seafloor exploration using a 4-element towed fiber optic hydrophone array,” in Electronics and Optoelectronics (ICEOE), 2011 International Conference on, 2011, pp. V2-359-V2-361.)。文中的光纤传感器采用Michelson干涉式,3×3解调。

美国马里兰大学的H. Bae等人报道了在45度的光纤端面上制作FP腔的方法(“Investigation of miniature fiber optic surface-mountable Fabry-Perot pressure sensor built on 45 degrees angled fiber,” in Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems 2011. SPIE vol. 7981)。该传感器可用来测温度和压力,但最大的优势在于可方便地表面安装。

图4 在光纤端面形成的FP传感器

大连理工的H. Hao等提出了FP传感器的频分复用(Frequency division multiplexing of etrinsic Fabry-Perot interferometric (EFPI) optical fiber sensor. SPIE vol. 8191, 2011.)。就本人所知,这种方式上个世纪美国弗吉尼亚理工大学Anbo Wang课题组就提出过。文中最主要的图之一Fig.2也没有表达清楚,文中的S1、S2没有标示出来。

在折射率传感器方面:

北京理工大学的L. Jiang等人采用飞秒激光在光纤上刻蚀U型槽,从而形成微型的MZ干涉仪,用来进行折射率传感(“Femtosecond laser fabricated all-optical fiber sensors with ultrahigh refractive index sensitivity: modeling and experiment,” Opt. Express, vol. 19, pp. 17591-17598, 2011.)。这种方法的灵敏度达到-3754.79 ± 44.24nm/RIU。

图5 基于微型干涉仪的折射率传感器

墨西哥的J. E. Antonio-Lopez等人提出了采用无芯光纤的液位传感器(“Fiber-optic sensor for liquid level measurement,” Opt. Lett., vol. 36, pp. 3425-3427, 2011.),可同时进行液位和折射率的测量。

图6 采用无芯光纤的液位传感器

哈尔滨工程大学的Zhou等报道了基于非对称双芯光纤的折射率传感器(“Asymmetrical Twin-Core Fiber Based Michelson Interferometer for Refractive Index Sensing,” JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 29, pp. 2985-2991, Oct

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