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文档介绍：新型拉锥光纤液体折射率传感器研究

Study of New Style Tapered Optical Fiber
Liquid Refractive Index Sensor








作者姓名：谷志民
专业名称：光 学
指导老师：徐晓峰 副教授
学位类别：理学硕士
答辩日期： 2013 年 5 月 23 日
中文摘要
摘要
新型拉锥光纤液体折射率传感器研究
现有的玻璃光纤液体折射率传感器因其具备较高的分辨率和灵敏度，所以得
到广泛研究。但是，玻璃光纤传感器测量液体折射率的线性度不好，制作成本高，
加工时易碎，不便广泛应用。相对于玻璃光纤传感器，塑料光纤传感器加工容易，
制作成本低廉，有良好的测量线性度，塑料光纤传感器用于折射率测量还不多，
因此在这个领域开展液体折射率测量具有重要意义。
本文提出一种锥型塑料光纤液体折射率传感器，基于拉锥光纤中的光功率与
周围环境相关的特性来实现对外界液体折射率的测量。未加工的塑料光纤直径为
1mm,采用对塑料光纤加热技术来形成拉锥塑料光纤传感头，光纤锥腰长度和锥
区直径可以通过拉锥工艺进行控制。传感区光纤经砂纸打磨去包层处理后，其锥
区直径、锥腰长度分别为 245m 及 。实验中，约束在光纤传感头中的光
波功率随环境折射率的变化而变化，通过测量透过锥形塑料光纤的光功率即可实
现探测外部液体折射率的目的。
本实验通过配置一定体积浓度的甘油溶液，以 为间隔，配置得到折射
率范围为 - 的甘油溶液，将锥区传感头依次置于上述溶液中。实验中
采用对光强调制的方法，将调制后的光耦合进入光纤中，光纤出射端的光功率由
光电探测器转化成电压信号，通过记录电压信号变化即可获得不同溶液折射率下
光纤中光波的传输损耗情况。通过 origin 软件对光传输损耗与甘油溶液折射率关
系拟合曲线后，二者有良好的线性关系，拉锥打磨包层后的光纤传感器的灵敏度
可以到达 .
实验中探讨了不同锥型塑料光纤传感头参数对液体折射率测量结果的影响，
所用光纤传感探头的直径依次为 460m、340m 、245m，实验结果表明随着光
纤传感头直径的减小，测量外界液体折射率的灵敏度会增加。
本文给出环境温度变化对拉锥塑料光纤传感器测量结果影响的实验研究，环
境温度在 20℃-70℃范围内变化时，光的传输损耗变化范围为 -，
单位温度下的损耗为 dB/℃,可见液体温度对光传输的损耗影响非常小，
锥型塑料光纤液体折射率传感器基本不受环境温度的影响。
关键词： 塑料光纤，拉锥 ，液体折射率，传感器
I
英文摘要

Abstract
Study of New Style Tapered Optical Fiber
Liquid Refractive Index Sensor
The existing liquid refractive index (RI) sensors based on silica fiber have been
widely investigated because of their higher resolution and sensi