基于调频光谱原理的在线式表面等离子体共振光纤传感器

基于调频光谱原理，提出一种可用于在线测量的表面等离子体共振光纤传感器结构。理论分析、数值仿真和实测结果表明，基于表面等离子体共振效应的光纤传感头，相当于具有中心对称吸收谱的吸收介质，且吸收峰中心波长随待测折射率的增加而红移；基于此吸收谱函数，以微分光谱替代直接光谱测量,可有效克服吸收峰处一阶微分谱为零对测量灵敏度的消极影响；参考光路及闭环负反馈结构的引入，可有效抑制源于光源和光路中光强波动等的影响。以镀有50 nm厚金薄膜的多模石英光纤组成传感头，搭建相应的闭环系统，对折射率为1.33000～1.43000范围内不同液体进行折射率测量，并与阿贝折射率仪、光纤光谱仪及理论仿真结果进行比较。结果表明, 在1.33200~1.37580 RIU(RIU表示单位折射率)范围内，测量精度可达0.00016 RIU，与波长分辨率为0.4 nm的光谱仪测量结果精度相当；在1.37500~1.42640 RIU范围内，测量精度可达0.00071 RIU，优于0.00090 RIU的光谱仪测量结果，较好地验证了该方案用于在线测量的可行性和检测结果的可靠性。