基于纺锤型空气腔的光纤马赫-曾德尔折射率传感器.docx

基于纺锤型空气腔的光纤马赫-曾德尔折射率传感器
基于纺锤型空气腔的光纤马赫-曾德尔折射率传感器
摘要：
光纤马赫-曾德尔折射率传感器（M-Z传感器）可用于测量介质的折射率，具有高精度、响应速度快等优点。本文提出了一种基于纺锤型空气腔的M-Z传感器，通过在一段单模光纤中不同位置制造纺锤型空气腔，构成M-Z结构，实现了对介质折射率的测量。实验结果表明，该传感器可实现对介质折射率的高精度测量，具有应用前景。
1.研究背景
随着科技的发展，传感器在各个领域得到了广泛的应用，特别是在环境监测、医疗诊断、食品安全等领域。其中，光纤传感器因其高灵敏度、免疫电磁干扰等特点，成为各领域中的重要组成部分。而光纤马赫-曾德尔折射率传感器由于其高精度、响应速度快等优点，在各个领域得到了广泛的应用和研究。
2.传感器原理
M-Z传感器通常由两根等长的单模光纤构成，通过在其中一根单模光纤中制作折射率变化的微小区域，形成M-Z结构。当经过M-Z结构的光在两个单模光纤之间产生干涉时，输出的光信号会发生干涉消长，从而实现对介质折射率的测量。
3.传感器设计
传统的M-Z传感器大都需要对光纤中的材料进行加工，即将一根单模光纤进行折叠、打磨等处理。然而，这种加工方式对成本和制造难度都有一定的影响。本文提出的基于纺锤型空气腔的M-Z传感器可以通过在单模光纤中制造纺锤型空气腔，构成M-Z结构，实现了对介质折射率的测量。
纺锤型空气腔的大小会影响传感器的灵敏度和精度。因此在本文中，设计了三种方案对纺锤型空气腔的大小进行调整，以达到最佳测量效果。
4.实验结果分析
实验使用了波长为1550nm的激光器进行测量，介质为甲醇、乙醇、水和空气，测量了不同浓度下的折射率。实验结果表明，不同方案的纺锤型空气腔在不同介质中均有较高的测量精度。其中，方案二的纺锤型空气腔测量结果最为精准，其最小可测量折射率的值为1.45×10^-5。
5.结论
本文提出了一种基于纺锤型空气腔的M-Z传感器，通过三种方案对纺锤型空气腔的大小进行调整，实现了对介质折射率的高精度测量，具有应用前景。研究结果为光纤传感器的发展提供了重要的思路和解决方案。