基于内置微腔的单微纳光纤干涉型传感器研究

A long-standing goal of optical fiber sensors is the development of a miniature and versatile optical fiber device which is capable of performing multiple sensing functions, thus enabling a simple and efficient system. This project aims to fabricate a novel optical fiber sensing device based on microfiber with inner micro-cavity, by use of femtosecond laser micromachining, fusion splicing and flame brushing technique. Such a device is essentially a microfiber in-line Mach-Zehnder interferometer, with two arms along the air-cavity and the cavity wall respectively, effectively combine the advantages provided by the microfiber and the fiber in-line interferometer, and enable to fabricate the optical fiber sensor of miniature size (in the order of ?m in diameter and 100?m in length). The efforts will be made in modeling, characterization, design and fabrication of microfiber in-line Mach-Zehnder interferometric sensor and construction of simple and efficient optical fiber sensor system. The project implementation will enhance the integration of optical fiber sensor device and the rapid development of multi-point, multi-parameter optical fiber sensor network.

微型多功能光纤传感器是光纤传感器的一个重要研究方向，利用它可以实现简单有效，具备多种检测功能的传感系统。本项目就此提出了原创性的方案:将飞秒激光微加工、光纤熔接以及熔融拉锥技术相结合，制作出基于微纳光纤内置微腔的干涉型传感器。当沿微纳光纤传输的光束到达微腔边缘时被分为两路，一路经由微腔，一路则沿微腔外壁传输，在微腔的另一端重新叠加形成单微纳光纤Mach-Zehnder干涉仪。该方案有效地结合了微纳光纤和单光纤干涉仪的主要优势，能制作出直径在微米，长度在百微米级或以下量级的微型多功能光纤传感器。本项目将理论分析确认基于内置微腔单微纳光纤干涉仪的传感特征，设计、制造微型多功能光纤传感器，构建简单高效的光纤传感系统。项目的开展将有利于推动光纤传感器件的集成化，有效促进多点,多参数光纤传感网的发展。

微型多功能光纤传感器是光纤传感器的一个重要发展研究方向，本项目利用飞秒激精密微加工及光纤熔接技术在微纳光纤，微拉锥光纤上制备了光纤内置空气腔，制备了微型单光纤Mach-Zehnder干涉仪，并利用其实现了多种不同物理量的传感，包括温度，折射率，应力，弯曲，气压，耐高温性能的测量，温度与应力的同时传感测量，温度和折射率的同时传感测量。还探索研究了多种其他微型光纤传感器。包括基于微空腔的单光纤Fabry-Perot干涉仪，Sagnac干涉仪等，进行了应力，气压，氢气传感，及温度和气压的同时传感测量。还利用微拉锥制备的基于光纤内置空气腔和石墨烯有效地制备了饱和吸收体，构建了飞秒光纤激光器，产生了674飞秒的光脉冲。.本项目产生了较多的研究成果。共计发表以项目主持人为通信作者的SCI文章20篇，其中第一标注为13篇。