[2017年整理]光纤Michelson白光干涉传感研究.docx

西安石油大学本科毕业论文 西安石油大学本科毕业论文 题目:光纤Michelson白光干涉传感研究 学 院： 理学院 专 业： 光信息科学与技术 班 级： 光学1001班 姓 名： 宁元波 学 号： 201001040115 指导教师： 傅海威 摘要：光纤传感器以抗电磁干扰能力强、耐高温、耐高压、抗化学腐蚀能力强、轻巧、灵敏度高、损耗低及易于实现分布传感等优势得到了广泛应用，传统光学干涉原理研制出的相位调制型光纤传感器，其突出的优点是灵敏度高，但却只能进行相对测量，即只能用作变化量的测量，而不能用于状态量的测量。而白光型迈克尔逊干涉仪克服了这一缺点，通过参考臂对信号臂的补偿作用，即可探测由待测物理量引起的光程的变化，从而得知待测量。本文对光纤白光干涉传感技术的研究现状和背景进行介绍，由于白光干涉技术因其具有的优点在越来越多的行业里得到了广泛的应用，所以白光干涉技术在以后很长时间会处于高速发展阶段。基于此，文章介绍了光纤白光干涉传感技术，尤其是光纤Michelson白光干涉传感器的原理，及它的各种优点。在此基础上，设计了几种不同光纤的迈克尔逊白光干涉传感器，本文中所用结构是迈克耳逊干涉仪的传感臂为单模光纤末端熔接一段5mm的多模光纤，而补偿臂为光纤微腔（单模光纤与多模光纤构成的），用该结构测量其折射率并对其进行试验研究。实验结果表明：液体折射率在1.333-1.402变化范围内，传感器灵敏度为100nm/RIU；温度在20-110℃变化范围内，传感器灵敏度为25pm/℃。 关键字：Michelson白光干涉；白光干涉；折射率；光纤；温度 目 录 第1章 绪论 1.1课题背景与意义 1.2国内外现状 1.3光纤白光干涉传感技术 1.4论文主要内容 第2章 光纤Michelson白光干涉原理 2.1光的干涉条件 2.2光纤传感原理及分类应用 2.3传统迈克耳逊干涉 2.4光纤Michelson白光干涉 2.5光纤白光干涉型传感器的优点 第3章 传感器的制作 3.1光纤种类 3.2单模光纤的传输原理 3.3光纤耦合器 3.4光纤的切割与熔接 3.5本实验设计的传感器 第4章 实验过程与结果 4.1折射率响应实验 4.1.1 实验过程 4.1.2 实验结果 4.2 温度响应实验 4.2.1实验过程 4.2.2 实验结果 第5章 总结与展望 参考文献 PAGE \* MERGEFORMAT 23 第一章 绪论 1.1 课题背景与意义 19世界初，Young用干涉实验证明了光具有波动性，这就是著名的杨氏干涉实验。此后，人们开始研究各种干涉测量技术，逐步形成了一种高灵敏度的测量方法。当激光的出生，使得到高强度的相干光源变得简单，致使该测量技术得到了迅猛的发展应用。然而伴随着光纤的出现，使光可以在柔软可弯曲的低损耗光波导中传播，代替在空间传播。尤其使用全光纤的器件，可以使干涉仪做的非常简单，省去了复杂的调解过程。这样的系统稳定可靠，大大降低了外界干扰引入的噪声，大幅度提高干涉测量的灵敏度，从而发展出了一类光纤传感器，就是高灵敏度的干涉型光纤传感器。 界面反射光在空间的分布可被精确测量，那就是白光干涉技术。而且测量过程对被测器件和样品没有破坏性。当前，该技术已经被广泛用于厚度、折射率、色散、半导体器件和光纤光栅的空间分布特性等方面的测量。 如果拿光纤传感器与传统传感器作比较，光纤传感器具有优于传统传感器的优点。如具有抗电磁干扰能力强、耐高温、耐高压、轻巧、抗化学腐蚀能力强、灵敏度高、损耗低及易于实现分布传感等优势。光纤传感器研究领域中的一个重要分支就是利用低相干技术的光纤传感器。低相干技术与全相干技术相比，在静态参量的测量中，其具有的优点为：1) 可以检测出被测参量的绝对相位变化；2) 较低对光源频率及功率稳定度的要求，使测量精度不依赖于光源的稳定度；3) 避免了全干涉技术中信号衰落的问题，有较高的工作稳定性；4)可以在恶劣的条件下工作，降低对工作环境的要求。 20世纪70年代初生产出低损耗光纤后，光纤在通信技术中的用于长距离传递信息。但是光导纤维不仅可以作为光波的传播介质，而且光波在光纤的传播时表征的特征参量