1、 基于粗锥光纤耦合效应的折射率传感器研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：

光纤传感器具有高灵敏度、抗干扰、结构简单、体积小、质量轻以及光路可弯曲，对被测介质影响小、便于形成网络等优点，有着广泛的应用前景，然而，采用普通光纤传感器存在一些难以克服的缺点，如：耦合损耗比较大，保偏特性差和存在交叉敏感问题等，限制了光纤传感器性能的进一步提高。

现代光学器件中,可以通过改变普通光纤的折射率分布特性来获得某些特殊的效果。锥形光纤就是通过对普通光纤进行熔融拉锥,改变光纤的半径,形成粗锥或细锥，来改变纵向折射率分布,使光波通过锥形区域时获得某些特性。光纤型m—z干涉仪是由分束器构成。当相干光从光纤型分束器的输入端输入后，在分束器输出端的两根长度基本相同的单模光纤会合处产生干涉，形成干涉场。干涉场的光强分布与输出端两光纤的夹角及光程差相关。令夹角固定，那么外界因素改变的光程差直接和干涉场的光强分布变化相对应。

近几十年来，对于传感器的制作，年增长率基本在12%以上，现在全世界已经有5000余家公司集中于研发、生产、销售传感器。我国对于传感器的研究与探索是从60年代开始的。如今，已经取得了巨大的进步。到80年代末，传感器已经是我国研究的重点。据统计，已经实现的可以用光纤传感技术测量的参数有六七十种。我国正努力让此传感器应用到实际工程和工业当中。

2. 研究内容和预期目标

在生活实践中质量、折射率、密度都是反映物质特性的重要物理量，其中物质折射率在环境、化工、石化和医疗等领域有着深入的研究。近年来，国内外很多学者在介质折射率的测量方面做了大量的研究分析，提出了很多测量介质折射率的方法，如长周期光栅检测法、布拉格光栅检测法、光纤迈克逊干涉仪测量法、光纤法布里-泊罗（Fabry-Perot）干涉仪检测法等技术。寻找一种操作简单、价格低廉全光纤器件检测折射率具有重要意义。

拉锥光纤是光波导学的一个重要研究领域，通过对光纤局部加热至熔融状态，并在加热区两端施加拉力使其变长变细形成锥区，或者加热过程中向中间挤压形成粗锥区，光纤其形状和光学特性都将改变。由于拉锥光纤独特的结构特征，从而引起了光纤内模场半径、归一化频率、光功率分配、模式、有效模场面积、光强密度、非线性效应、色散效应等许多光学性质的变化，使得锥区具有了聚光耦合等光学特性。这一独特多样的光学性质已在光纤器件的制作、近场扫描显微探针、传感器和超连续谱产生等领域有着广泛的应用。主要研究基于光纤拉锥、挤压粗锥技术的耦合器，研制多种特殊需求的M-Z光纤干涉仪。光纤M-Z干涉仪主要基于纤芯模和包层模之间耦合，结构可分为两个对称部分。通过第一个结构时，纤芯中的能量耦合到包层中，经过第二个结构时，包层中的能量重新耦合回纤芯中，包层模中光信号和纤芯模中光信号之间的有效折射率差产生相位差，形成干涉达到传感检测目的。当外界折射率发生变化时，光纤包层模的有效折射率也会发生变化，从而实现折射率传感。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

首先查阅与本研究相关的资料及论文，并对资料和论文进行学习和研究，在老师和学姐的指导下进行实验，并对结果进行分析。

步骤：

4. 参考文献

【1】赵娜, 傅海威, 邵敏,等. 基于光纤粗锥型马赫-曾德尔干涉仪的高灵敏度温度传感器的研制[j]. 光谱学与光谱分析, 2014, 34(6):1722-1726.

【2】张琪. 特种结构光纤的设计制备及其传感特性研究[d]. 宁波大学, 2013.

【3】熊燕玲，赵洪，余有龙，等，光纤光栅传感系统无源时域解调技术. 光电子·激光，2004，15（7）：799－801

5. 计划与进度安排

（1）2022.2.24-2022.3.5 查阅本课题的相关资料，为研究做准备；

（2）2022.3.6-2022.3.19 完成开题报告，并进行修改；

(3）2022.3.20-2022.3.26 查找并翻译外文文献，并进行修改；