论文部分内容阅读
光纤光栅作为一种参数周期性变化的全光纤光子器件，从其出现至今，历经近三十年的理论研究和工程实践的发展，已成为光纤传感和光纤通信领域中必不可少的基础性元件。温度、应变和外部折射率是光纤光栅传感器能够直接传感的三个基本参数。传统的光纤光栅传感技术大多基于温度传感和应变传感，而外部折射率传感的受关注程度及其技术发展的成熟度均不及前两种传感类型。
近年来，随着生物技术的快速发展以及人们对环境监测、生态保护等需求的高速增长，光纤光栅作为折射率传感器开始引起广泛关注。由于光纤光栅折射率传感器具有很多不同于以往传感器的独特优势，在这些新兴的领域里将会有十分广阔的发展空间。
本文针对生物化学传感这一新的应用领域，首次提出了三种新型光纤光栅折射率传感器，其中包括基于反向包层模谐振的光纤布拉格光栅(FBG)折射率传感器、包层折射率调制光纤光栅折射率传感器和器件直径在亚微米量级的微纳光纤光栅折射率传感器等。本文基于光纤模式分析和耦合模理论对这三类传感器分别建立理论模型，对其光谱特性和外部折射率传感特性进行了细致的分析。
本文在实验中首次成功制备了光纤布拉格光栅包层模谐振外部折射率传感器，获得了172nm/riu的高传感灵敏度，证实了理论分析的结果，并基于此折射率传感器设计了液位传感的应用方案，进行了理论分析和实验研究。
本文中提出的新型的光纤光栅折射率传感器，具有低插损、低成本、传感灵敏度高、折射率传感范围宽等特点，可以应用于生物化学传感、环境监测、工业质量控制等多种领域。