1. 研究目的与意义
研究背景：
随着经济的迅猛发展和社会的不断进步，环境污染和工程质量问题已成为制约社会和谐发展的重要因素。开发新型的检测用传感器，已成为当今学术界以及工程界的研究热点。光纤传感器以其诸多的优点（结构灵活、质轻价廉、抗电磁干扰及辐射、易于复用和远程检测、传输容量大）一直备受关注。光纤传感器又分为干涉型和非干涉型。目前，应用比较广泛的光纤干涉仪主要有mach-zehnder 光纤干涉仪、michelson 光纤干涉仪、fabry-perot 光纤干涉仪、sagnac 光纤干涉仪。m-z干涉仪作为一个典型的代表,自然也不例外，其可在大范围实现对外界参量快速而精确的动态测量。m-z干涉仪主要通过外界参量改变信号臂与参考臂之间的相位差，再利用解调技术获取参量的实时变化信息。全光纤m-z干涉仪由于将两路传输光集成在同一根光纤之中，是其更加灵巧、性价比更高且易于封装，成为近几年的研究热点。我国目前主要研究多用途、高性能、新材料的光纤传感器（2012年，刘德明等人提出一种单模-多模-细芯-多模-单模结构的温度折射率同时测量的传感器。2014年，jie huang等人将lpfg与sms结构结合构成长安头，运用敏感矩阵实现了温度和折射率的同时测量）。光纤传感器在军事、企业、能源、工业、医药卫生等领域应用市场广阔。目前光纤传感器对温度、压力、流量、位移、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。
光纤传感器正进入快速发展时期，其本身产品不断推陈出新，新的传感原理不断出现，呈现出强大生命力。应用范围从航空航天等高精尖领域，逐渐向传统工业领域普及。
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2. 研究内容和预期目标
研究内容
（1）了解光纤的发展历史，光纤传感器的研究现状以及分类；
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3. 研究的方法与步骤
研究方法：
（1）查阅文献资料,学习m-z干涉仪的传感原理；
（2）根据理论分析结果设计传感器结构，通过实验进行多种传感参量的测量（温度、应变等）。
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4. 参考文献
| | [1] 王衡等，基于m-z干涉仪的全光纤电流传感器，传感器与微系统，2011，30(1)：73-75；[2] 周赢武等，基于光纤m-z干涉的高灵敏度液体折射率传感器的实验研究，光子学报，2012，41(7)：841-844；[3] CAO Zhi-gang，ZHANG Zhao，JI Xiao-chun，et al. Strain-insensitive and high temperature fiber sensor based on a Mach-Zehnder modal Interferometer. Optical Fiber Technology，2014，20：24-27；[4] 成煜等，抗弯光纤的理论研究与制造，光学与光电技术，2005，3(6)：38-40；[5] 吴重庆编，光波导理论，清华大学出版社，2005；[6] 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；[7] 周孟晖等，细芯光纤M-Z干涉传感器多参数测量研究，光电子激光，2016，27(6)：587-592；[8] TIAN Z B，YAM S S H，BARNES J. Refractive index sensing with Mach-Zehnder interferometer based on concatenating two single-mode fiber tapers. IEEE Photonics Technology Letters，2008，8：626-628。[9]黄浩显.美国康宁公司光纤技术水平介绍[J].光纤与电缆及其应用技术，1986，4：011[10]赵晓云，顾铮先.光纤Bragg光栅与长周期光纤光栅比较及传感应用[J].传感器与微系统，2007，26（2）：11-14[11]史为超，光纤通信技术及发展探究[J].高新技术产业发展，2012,15:26-27[12]Sarfraz Khaliq,Stephen W.James,and Ralph P.Tatam.Fiber-optic liquid-level sensor using a long-period grating[J].OPTICS LETTERS,2012,26:1224-1226. [13]王博文.超磁致伸缩材料制备与器件设计[ M] .北京:冶金工业出版社, 2003:94, 113-124. [14]孙 乐.超磁致伸缩材料的本构理论研究[ D] .天津:南开大学, 2004:17 -36. [15]廖延彪, 黎 敏, 张 敏, 等.光纤传感技术与应用[M] .北京:清华大学出版社,2009:148-149. | |
5. 计划与进度安排
2月20日-3月25日 查阅文献，收集资料，撰写开题报告；
3月26日~4月16日 学习m-z光纤干涉仪基础理论，确定设计方案；
4月17日~5月19日 完成m-z光纤干涉仪传感器设计，通过仿真和实验进行性能分析；
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