用于测量折射率的光纤迈克尔逊干涉型传感器.docx

光纤迈克尔逊干涉型传感器是一种用于测量折射率的精密光学设备，它利用光纤的特性，如体积小、灵敏度高和抗电磁干扰能力，来探测介质的折射率变化。这种传感器的结构和工作原理是当前研究的热点，因为它在各种环境中有着广泛的应用潜力。 传统的光纤折射率传感器包括利用光纤布拉格光栅、马赫-曾德尔干涉结构、法布里珀罗干涉结构和迈克尔逊干涉结构等设计。迈克尔逊干涉结构因其简单和高效而受到青睐。文献中提到的一些研究包括Fan等人使用特殊长周期光纤光栅的级联结构，虽然制作简单，但折射率灵敏度相对较低。Yin等人采用单模突变锥和错位熔接的马赫-曾德尔干涉仪，提高了灵敏度，但结构的机械性能较差。Zhang等人则通过微型模态干涉仪设计了一个多参数传感器，能同时测量折射率、应变和温度，但多次拉锥导致结构重复性和机械性能降低。Wong等人提出了一种基于圆形尖端感应模式的迈克尔逊传感器，使用光子晶体光纤提高灵敏度，但成本增加。Chen等人采用S锥形光纤探针和银镜涂层，实现了高灵敏度，但制作过程复杂。 本文介绍的传感器采用了单模光纤-四芯光纤-薄芯光纤(SMF-FCF-TCF)的反射结构，利用各光纤纤芯直径的不匹配来产生耦合和干涉效应。四芯光纤作为耦合器，其中FCF的边缘纤芯呈正三角形分布，FCF和TCF的纤芯直径与SMF不同，这使得光在熔接处产生模式转换。薄芯光纤末端的银膜增强了反射，紫外胶保护银膜并固定结构。传感器的灵敏度受TCF的长度、熔接方式和端面处理影响。干涉图谱的强度由纤芯模式和包层模式的干涉决定，相位差与光纤的有效折射率差和长度有关。 公式(1)和(2)分别表示了干涉图谱的强度和相位差与光纤参数的关系。这种基于迈克尔逊干涉的光纤传感器可以通过监测干涉图谱的变化来精确地测量折射率，适用于各种环境中的折射率测量任务，如化学分析、环境监控和生物医学检测等领域。 光纤迈克尔逊干涉型传感器结合了光纤的优越性能和迈克尔逊干涉的精确测量能力，为折射率测量提供了高效、灵敏的解决方案。通过不断优化结构设计和材料选择，可以进一步提高传感器的性能，降低成本，扩大其在实际应用中的适应性。