1 南京信息工程大学电子与信息工程学院, 江苏 南京 210044
2 大气环境与装备技术协同创新中心, 江苏 南京 210044
提出一种基于法布里-珀罗干涉的多模光纤-空气腔-多模光纤-聚乙烯醇(PVA)薄膜结构的湿度传感器,研究了结构中空气腔反射面的曲率对光传播和反射谱的影响,并提出了利用电弧放电增大反射面曲率半径的方法。实验结果表明,所提方法降低了光在纤芯内的干涉损耗,使更多的光参与干涉,并提高了干涉条纹的对比度和精细度。在优化后的多重腔端面涂敷一层厚度为14 μm的PVA薄膜,在29.1%~81.8%环境相对湿度范围内,传感器的平均灵敏度可达73.24 pm/%,且具有良好的时间稳定性。
光纤光学 光纤传感器 电弧放电 优化空气腔 湿度测量 法布里-珀罗干涉仪 光学学报
2022, 42(10): 1006002
光子学报
2021, 50(12): 1206003
中国石油大学(华东) 理学院, 山东 青岛 266580
制作了一种利用普通单模光纤和石墨烯量子点材料共同构建的法布里珀罗湿度传感器.利用搭建的实验系统，在环境相对湿度11% RH~85% RH范围内进行了湿度响应实验，并对湿度上升和下降过程分别进行了测量.湿度上升过程中灵敏度为0.560 6 nm/RH%，线性度为0.999 47；湿度下降过程中灵敏度为0.565 5 nm/RH%，线性度达0.999 36.实验结果表明，该湿度传感器具有较高的响应灵敏度、较好的线性响应特性和测量重复性.另外对该传感头的温度响应特性进行实验研究，得到了较好的线性响应结果，温度响应灵敏度为0.035 nm/℃，残差平方和为0.012 41，灵敏度标准差为2.305×10-4，湿度响应灵敏度约为温度响应的17倍.对其动态响应特性进行了典型测试，在相对湿度43%条件下得到了干涉光谱波长漂移的动态响应数据，得到了较快的动态响应，其响应时间和恢复时间分别为6.5 s和9.0 s.研究结果为研制低成本、易制作、高灵敏的光纤湿度传感器提供了一种有益的探索.
湿度测量 温度测量 光纤传感器 法布里珀罗 石墨烯量子点 Humidity measurement Temperature measurement Optical fiber sensor Fabry-Perot Graphene quantum dots
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya 60111, Indonesia
2 Photonics Research Centre, University of Malaya, Kuala Lumpur 50603, Malaysia
3 Department of Physics, Surabaya State University, Surabaya 60231, Indonesia
4 Department of Physics, Faculty of Science and Technology, Airlangga University, Surabaya 60115, Indonesia
The straight channel optical waveguide coated with the SnO2 nanoparticle is studied as an all-optical humidity sensor. The proposed sensor shows that the transmission loss of the waveguide increases with increasing relative humidity (RH) from 56% to 90% with very good repeatability. The sensitivity to changes in relative humidity is ~2 dB/% RH. The response time of the humidity sensor is 2.5 s, and the recovery time is 3.5 s. The response to humidity can be divided into 3 different regions, which are correlated to the degree of water adsorption in the SnO2 nanoparticle layer. Compared with the previous all-optical humidity sensor based on SnO2, the proposed sensor exhibits more rapid response, simpler fabrication process, and higher sensitivity. The proposed sensor has a potential application in the long distance, remote agriculture, and biological humidity sensing.
Humidity measurement SnO2 nanoparticle optical sensors Photonic Sensors
2020, 10(2): 123
河南师范大学 电子与电气工程学院, 河南 新乡 453007
提出了一种基于腔内带有低增益低噪声掺铒光纤放大器的光纤环形腔衰荡光谱技术测量湿度的方法, 并进行了实验证明.比较分析了光纤环形腔中有无掺铒光纤放大器对衰荡脉冲数量的影响.在掺铒光纤放大器中使用长度为2 m的低增益和低噪声掺铒光纤来减少波形失真并补偿腔内噪声衰减.利用光纤环腔衰荡光谱技术对空气相对湿度进行测量, 记录分析环形腔中光脉冲的衰减时间τ得到相对湿度的变化.结果表明: 相对湿度和衰减时间τ在相对湿度30%~100%的范围内满足良好的线性关系, 并且光纤环腔衰荡系统的灵敏度和线性拟合度分别为3.826 79 μs/RH和0.994 77.采用腔内带有低增益低噪声掺铒光纤放大器的光纤腔衰荡技术在工业检测、环境检测以及医学诊断等领域进行湿度测量将具有良好的应用前景.
光纤腔衰荡 低增益低噪声 掺铒光纤放大器 气体室 湿度测量 Fiber cavity ring-down Low gain and low noise Erbium-doped fiber amplifier Gas cell Humidity measurement
