1. 研究目的与意义
本课题研究对象为光纤气泡微腔传感器。光纤传感器突出优势体现在:灵敏度高、动态范围大、响应速度快、微米尺寸、生物兼容性好、机械强度高且成本低廉。目前广泛应用于测量应变、温度、压力折射率等参数。本课题主要研究的是光纤传感器中的重要一类：光纤干涉仪。目前市面上的主要光线干涉仪包括下面四种:光纤法布里-珀罗干涉仪(fpi)、光纤马赫-增德尔干涉仪(mzi)、迈克尔逊干涉仪(michelson)以及萨格纳克(sagnac)干涉仪。干涉仪的结构主要有纤芯失配、熔融拉锥、光纤错位、光纤气泡。本课题研究的事基于光纤气泡微腔制作的光线干涉仪。
空气微腔一般分为两种类型:开放式微腔和封闭式微腔;开放式微腔一般与外界空气联通，可以使得外界气体、液体等自由进出微腔，本课题拟用开放式微腔折射率敏感程度实现对物质的探测。封闭式微腔为另外一种类型，可以用来测量其它如温度传感、应变传感以及压力传感等物理量。
光纤微腔折射率传感器：微腔可以与外界待测量环境中的折射率相互作用，从而对环境折射率进行测量。实际测量折射率物质一般为液体或者为气体物质，因此光纤微腔一般为开放式微腔形式，方便液体或者气体进出。wei et al.利用飞秒激光光纤在线制备开放微腔形成光纤fpi且用于折射率传感，用加热水来实现折射率变化得到传感器的灵敏度。lietal.利用飞秒激光微加工技术在双芯光纤上制备开放微腔，测试了该器件的折射率传感特性。
2. 研究内容和预期目标
本课题通过制备气泡微腔传感器，研究传感器灵敏度与环境折射率（包括气体液体等），以及环境温湿度或者传感器所受应变力大小的关系。本实验拟制作光纤马赫-增德尔干涉仪(MZI)。可将细芯光纤两端熔接经过化学腐蚀或者通过激光打点的单模光纤，制备成有一个或者多个气泡的微腔传感器。通过检测传感器光谱响应能量、波长等变化，来反映环境参量的改变对传感器灵敏度的改变。
3. 研究的方法与步骤
本课题将首先使用rsoft仿真软件进行实验的仿真。仿真通过改变腔长、腔的形状、气泡的壁厚等条件，研究不同情况下传感器的灵敏度，从而获得最佳测量量程。之后通过改变环境参数，观察干涉光的参数变化，分析得到对应的环境因素与光谱参数的变化关系。仿真成功后，则开始实验部分。
课题采用激光打点或者化学腐蚀等方法制备气泡微腔。化学腐蚀可采用常用的hf溶液等。通过将单模光纤的切割端浸没盛有溶液的容器中，利用光纤纤芯和包层的材料不同导致腐蚀速度不一样从而产生凹槽。将制备好的单模光纤通过熔接机与细芯光纤进行熔接，制备成完整的气泡微腔传感器。在光纤气泡微腔传感器制作完成后开始数据测量。本课题计划将应变力和气压，温度，以及折射率等作为外界改变参数，获得相应干涉光谱数据包括相位，波长，幅度等。最后利用公式和仿真系统分析得出外界环境对光源的影响。这样，可根据干涉光谱推算外界环境的变化。
4. 参考文献
[1] 童峥嵘等，基于腐蚀型多模光纤的干涉型传感器实现温度和液位同时测量，光电子·激光，2014，25(1)：118-122；
[2] 张芸山等，基于光纤锥和多模渐变光纤的马赫-曾德尔干涉仪的传感特性，光电子·激光，2014，25(9)：1662-1667；
[3] xia t，zhang a，gu b，et al. fiber-optic refractive-index sensors based on trans missive and reflective thin-core fiber modal interferometers. optics communications，2010，283：2136-2139；
5. 计划与进度安排
1、2月26日~3月25日 查阅文献、收集资料，完成开题报告；
2、3月26日~3月31日 学习光纤干涉仪基础理论完善开题报告；
3、4月1日~4月15日学习使用rsoft仿真软件，完善开题报告；
