提出一种基于离子印迹复合膜马赫-曾德尔干涉仪结构的Cu ²⁺传感器。两段三芯光纤中间熔接一段单模光纤,在两段三芯光纤两端再分别耦合单模光纤,构成三芯-单模-三芯的传感结构。将壳聚糖(CS)和聚乙烯醇(PVA)组成的CS/PVA复合膜、Cu ²⁺印迹复合膜和优化Cu ²⁺印迹复合膜分别涂覆在三芯光纤表面,利用复合膜对于Cu ²⁺的特定吸附引起的三芯光纤包层相对折射率的变化,实现对于Cu ²⁺浓度的精确检测。实验结果表明,随着Cu ²⁺浓度的增加,涂覆CS/PVA复合膜、Cu ²⁺印迹复合膜和优化Cu ²⁺印迹复合膜的光纤传感器透射谱监测波谷分别发生了红移、红移和蓝移。对比分析发现,涂覆优化Cu ²⁺印迹复合膜的传感器对于Cu ²⁺的响应最优,其响应灵敏度为62.258 pm·μmol ^-1·L,检测限约为0.602 μmol·L ^-1,且具有优秀的选择性和良好的pH稳定性。该传感器具有易制备、结构简单等优点,在水质Cu ²⁺的高选择监测方面有潜在的应用价值。

提出了一种基于Ni-MOF-74的CO光纤气体传感器。通过离子置换的掺杂方式,将Ni-MOF-74中部分Ni离子置换为Co离子,生成Co/Ni-MOF-74,再通过煅烧生成Co/NiO。Co/NiO具有多个活性位点,且对CO分子具有特异性吸附能力,集成Co/NiO的光纤传感系统在CO体积分数为0~60×10 ^-6时,灵敏度可达到60.58 pm/10 ^-6,检测限为179.76×10 ^-9。此外,该传感器还具有较高的浓度-波长线性拟合度(拟合系数R²=0.97176)及较好的选择性和时间稳定性,在低体积分数CO检测中有巨大的应用潜力。

本文提出了一种磁流体包覆的无芯-三芯-无芯光纤结构的磁场传感器。将两段2 mm的无芯光纤熔接在50 mm的三芯光纤两端, 并将此结构插入70 mm长的毛细管中, 通过向毛细管里注射磁流体, 使无芯-三芯-无芯这一结构浸没在磁流体里。无芯光纤用来激发三芯光纤的包层模, 并实现模间干涉。通过测量透射谱波谷波长的漂移或探测透射谱波谷的强度损耗可以实现对磁场强度的检测。实验结果表明: 该传感器在磁场强度为8~16 mT内, 透射谱的特征波长漂移随之线性变化, 在1 606 nm附近的波长漂移灵敏度为68.57 pm/mT; 该波长附近的透射谱强度损耗变化在相同的磁场强度范围内呈现良好的线性度, 对应的强度灵敏度为0.828 7 dB/mT。该传感结构制作简易, 灵敏度高, 成本低廉, 在磁场传感领域中有一定应用价值。

提出一种新的弱耦合三芯锥形光纤结构的应变传感器,该结构两端由薄芯光纤、中间由熔融拉锥三芯光纤构成,形成薄芯-三芯细锥-薄芯的三明治结构。实验研究了三芯长度和锥腰直径长度对传感器的应变与温度特性影响。结果表明:在0~1600 με应变范围内,传感器的干涉光谱随应变增大发生蓝移,当三芯光纤长度为7.4 cm,锥腰直径长度为41.20 μm时,其最大应变灵敏度为-3.47 pm/με,线性拟合度为0.9876;同时对温度传感特性进行探究,在25~60 ℃温度范围内,传感器温度灵敏度为34.52 pm/℃,线性拟合度0.9979。交叉敏感度为9.95 με/℃。该应变传感器具有成本低廉、结构简单、测量范围较大的优点,在工业生产、建筑监测等领域有潜在的应用价值。

利用强度调制型光纤传感器容易解调的优势, 提出了一种强度调制型光纤液位传感器.传感器由三根无芯光纤组成, 其中, 无芯光纤1与无芯光纤2串联构成测量臂, 无芯光纤3构成参考臂.仿 真分析得出, 无芯光纤长度每缩短1 mm, 透射峰波长增加25.46 nm.在0~50 mm小液位范围内, 实验测得传感器在水、5% NaCl、10% NaCl和15% NaCl水溶液四种液体环境中的液位灵敏度分别为0.069 5 dB/mm、0.074 73 dB/mm、0.077 49 dB/mm及0.082 71 dB/mm, 线性度分别为0.998 25、0.998 49、0.988 11及0.995 13, 线性度较高.该传感器可较好地消除光源光功率波动与环境温度变化带来 的影响, 重复性较好, 在石油化工领域有一定的应用潜力.

针对日益严峻的食品安全问题, 特别是食源性致病菌的快速检测, 本文提出一种基于表面改性石墨烯粗锥型马赫-曾德尔干涉结构的光纤大肠杆菌传感器。首先, 截取一根4 cm的实心光子晶体光纤, 两端分别与两根单模光纤进行粗锥熔接, 形成基于马赫-曾德尔干涉原理的传感结构; 接着, 制备一种表面改性石墨烯敏感材料, 将它涂覆在实心光子晶体光纤的表面, 使传感器对大肠杆菌溶液有较高的灵敏度; 最后, 将上述传感器置于水槽中, 以此检测大肠杆菌溶液浓度。实验结果表明, 在大肠杆菌溶液浓度为50~600 cfu/mL内, 随着菌液的浓度增大, 传感器的干涉光谱发生了明显的蓝移, 灵敏度为3.43 pm/(cfu·mL-1), 菌液浓度与波长偏移的线性度为0.956 49, 检测限为67.18 cfu/mL, 响应时间为15 s。该传感器成本低、体积小、响应时间快, 适用于低浓度大肠杆菌浓度的快速检测。

提出一种基于无芯-多模-无芯光纤(NMN)结构的硫化氢(H2S)气体传感器。该传感器将两个无芯光纤(NCF)熔接在多模光纤(MMF)的两端,构建NMN的结构。光从单模光纤(SMF)进入NCF中激发出不同高阶模式,进入MMF中时,激发出的高阶模与基模分别在 MMF 的包层和纤芯中传输从而产生相位差,形成模式干涉。同时,对不同长度NCF和MMF的传输特性进行了优化。采用浸渍提拉法在NCF的外表面形成二氧化钛薄膜,利用薄膜对H2S气体的吸附,实现对H2S的快速响应。随着H2S浓度的增加,干涉谱出现红移,在H2S气体体积分数为0~3×10 -5的范围内,得到了7.36 pm/10 -6 的灵敏度和良好的线性度。此外,二氧化钛对H2S具有良好的选择性,响应和恢复时间分别约为50 s和65 s。该传感器具有结构简单、灵敏度高、制造方便等优点,在低浓度H2S气体的安全监测领域有潜在的应用价值。

为了减小光纤包层厚度并提升干涉仪的折射率灵敏度,设计一种结构简单、容易制作的光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉仪。首先,在两根单模光纤之间熔接一段光子晶体光纤(PCF);然后,在自制的腐蚀槽中采用氢氟酸进行化学腐蚀来减小包层厚度,并通过控制变量的方法,研究光子晶体光纤的长度、腐蚀时间,以及环境温度对制得的干涉仪灵敏度的影响。结果表明,随着光纤长度增加,制得的干涉仪的灵敏度提高。将3 cm的PCF在质量分数为40%的氢氟酸溶液中腐蚀40 min后,制得的干涉仪的灵敏度增加了约3倍。环境温度对制得的干涉仪的灵敏度几乎无影响。

提出了一种基于二氧化钛薄膜包覆无芯光纤的硫化氢气体传感器。该传感器将两段不同长度的无芯光纤熔接在单模光纤两端, 构建由两段单模光纤-无芯光纤-单模光纤结构组成的干涉仪。由于光从单模光纤进入无芯光纤中激发出不同阶模式, 形成基于多模干涉的干涉仪, 通过在无芯光纤外表面构造的二氧化钛薄膜对硫化氢气体的吸附, 将气体浓度与干涉光谱的偏移联系起来, 实现对硫化氢的检测。实验表明:在0~60 ppm的范围内获得了18.93 pm/ppm的灵敏度和良好的线性关系, 且随着硫化氢浓度的增加, 干涉谱呈现红移, 响应和恢复时间分别约为80 s和110 s。该传感器具有结构简单、灵敏度高、制造方便等优点, 在硫化氢气体的安全监测领域有潜在的应用价值。