【摘 要】
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与传统的各类传感器相比,光纤传感器将光作为敏感信息的载体,将光纤作为传递敏感信息的媒质,具有光学测量及光纤的特点。光纤传感器因为电绝缘性能好,抗电磁干扰能力强,以及非侵入性、高灵敏度、耐腐蚀、防爆等一系列独特的优点,其应用需求不断增加。其中光纤F-P腔型传感器因为其体积小质量轻,结构紧凑,灵敏度高,可用于生化、医疗、核辐射区等特殊领域的潜在应用而成为成功的器件之一。本文首先介绍了光纤F-P干涉仪的
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与传统的各类传感器相比,光纤传感器将光作为敏感信息的载体,将光纤作为传递敏感信息的媒质,具有光学测量及光纤的特点。光纤传感器因为电绝缘性能好,抗电磁干扰能力强,以及非侵入性、高灵敏度、耐腐蚀、防爆等一系列独特的优点,其应用需求不断增加。其中光纤F-P腔型传感器因为其体积小质量轻,结构紧凑,灵敏度高,可用于生化、医疗、核辐射区等特殊领域的潜在应用而成为成功的器件之一。本文首先介绍了光纤F-P干涉仪的研究背景及应用,并对光纤F-P腔的传感原理进行了研究。在此基础上,我们设计并制作了碲酸盐微透镜F-P腔光纤传感器,并对其在温度传感、液体折射率传感及位移传感方面的性能及应用进行了研究。本论文的主要创新点在于:选取高折射率碲酸盐玻璃制备球形F-P腔,并采用锗扩散工艺对光纤芯径及折射率分布进行修饰,从而大幅提高了光纤F-P腔传感器的Q值,因此传感灵敏度得以优化。另外,利用球形腔的波前调制作用,实现了高精度的位移传感。论文具体研究内容包括以下几个方面:1.利用锗扩散工艺及碲酸盐玻璃微透镜技术,制备了不同腔长及弧度的探针式光纤微透镜F-P腔传感器,与采用平行腔的FPI相比,可大幅提高反射光谱的消光比（提高幅度达30 d B以上）。2.利用光纤碲酸盐微透镜F-P腔探针,实现了较宽范围的温度传感（测试温度为20℃～200℃）,平均灵敏度可达25 pm/℃,可探测的极限温度变化约为0.8℃;利用类似结构,实现了基于光强探测的液体折射率传感,在水溶液环境下（折射率范围1.31～1.36）,平均灵敏度达到30 d B/RIU,对应的折射率探测极限约为3×10-3RIU。3.利用光纤微透镜F-P腔与参考物体（金反射镜）形成级联式F-P腔结构,实现了高精度的位移传感器。该传感器采用波长响应测量,消光比可达40 d B,其灵敏度达到9.0 nm/μm,对应极限位移探测精度为2.2 nm。
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