基于回音壁模式的光纖壓力傳感器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究-文庫吧資料
2025-07-03 20:38本頁面
【正文】 二維平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并不斷在微腔邊界發(fā)生全反射而不折射出腔，因此一般的回音壁模式微腔形狀為近圓形或者多邊形，并且在垂直于光場平面的方向存在束縛使得絕大部分能量不在第三個(gè)維度發(fā)散。光學(xué)微腔的特性來源于其獨(dú)特的回音壁模式(光波在微腔內(nèi)表面上不斷進(jìn)行全反射，從而被約束在腔內(nèi)并沿腔的周邊繞行，幾乎沒有能量損失)，可應(yīng)用在要求極細(xì)線寬，極高能量密度和亮度或極細(xì)微探測能力的場合，例如腔體量子電動(dòng)力學(xué)(CQED)、窄帶光學(xué)濾波、非線性光學(xué)、極低閾值激光器、單光子光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)以及輻射場QND測量。光學(xué)微球腔是指直徑約在5微米至500微米之間的光學(xué)介電微球諧振器，形式有圓柱、圓盤、圓環(huán)、球等多種。這使WGM下的微球具有很高的品質(zhì)因子和很小的模式體積，它在線性和非線性光譜中存在非常窄的共振峰，這就為其在光子學(xué)器件中的應(yīng)用提供了潛力。光學(xué)諧振在微盤形和微柱形微腔中也可產(chǎn)生，而球形光學(xué)微腔中存在的WGM使其具有一般諧振腔所沒有的一些特殊優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)繞行的光波滿足一定的相位匹配時(shí)，就可以互相疊加增強(qiáng)，形成一種特殊的光傳播模式，這種特殊傳播模式被稱為回音壁模式（Whispering Gallery Mode，簡稱WGM）。若將光學(xué)微球置于低于微腔介質(zhì)折射率的媒質(zhì)中，光在微腔內(nèi)以大于臨界角的方向傳播時(shí)會(huì)在微腔表面不斷發(fā)生全反射。圖11 光纖壓力傳感器系統(tǒng)框圖第二章 微球回音壁模式的理論分析167。光纖傳感器按照被測參量分類包括光線壓力傳感器、光纖溫度傳感器、光纖光柵傳感器、光纖位移傳感器、光纖氣體傳感器、光纖生物傳感器等。而非功能型光纖壓力傳感器是借助其他光學(xué)敏感元件來完成傳感功能，調(diào)制區(qū)在光纖之外，光纖在系統(tǒng)中只起傳輸作用，因此稱之為外調(diào)制光纖壓力傳感器，或者傳光型光纖壓力傳感器[4]。尤其是在微小位移、微弱振動(dòng)、油罐液位、油層厚度、零件鍍層的不平度、零件的橢圓度和錐度及偏斜度、角度變化量、溫度等方面得到了更為廣泛應(yīng)用[3]。光纖壓力傳感器與傳統(tǒng)的壓力傳感器相比，具有無可比擬的優(yōu)勢，它具有靈敏度高、耐高溫、抗電磁干擾、防爆、耐腐蝕、耐水性好、安全可靠等特點(diǎn)，特別適用于超長距離或惡劣環(huán)境下使用。 光纖壓力傳感器光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光線、光調(diào)制器、光探測器以及解調(diào)器組成。其一般形式利用光纖本身的特性或外加敏感元件，將外界待測信號(hào)的變化調(diào)制成光參數(shù)變化，并由光纖傳輸該信息到光電探測器，通過檢測被調(diào)制的光參數(shù)的變化來檢測出待測信號(hào)[2]。光纖傳感技術(shù)主要應(yīng)用在光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器、光相位調(diào)制型光纖傳感器、光偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器、光波長調(diào)制型光纖傳感器及光頻率調(diào)制型光纖傳感器。接收部分的光探測器檢測光信號(hào)，并將它變換為電信號(hào)形式。發(fā)射部分把待傳輸?shù)碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，接收部分把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳輸部分把發(fā)射部分發(fā)出的光傳送到接收部分。目前已有測量溫度、壓力、位移、加速度、電流等多種物理量的光纖傳感器問世。光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維及光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種以光為載體，光纖為煤質(zhì)，感知和傳輸外界信號(hào)的新型傳感技術(shù)?？諉柺車?yán)格限制及強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用。 光纖傳感器的原理光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。 在實(shí)驗(yàn)過程中，制作一個(gè)幾百微米的光纖微球腔，根據(jù)壓力傳感器的基本原理，設(shè)計(jì)了基于回音壁模式的光纖壓力傳感器來研究光強(qiáng)隨著壓力改變的變化規(guī) 律。而全固態(tài)的介質(zhì)回音壁模式微腔支持非常穩(wěn)定的高Q 諧振模式，并且具有尺寸小、制備方便的優(yōu)點(diǎn)，吸引了越來越多的人加入到回音壁模式微腔的研究中來?；匾舯谀Ｊ脚c傳統(tǒng)的法布里珀羅(FP)腔相比也有許多的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)繞行的光波滿足一定的相位匹配時(shí)，就可以互相疊加增強(qiáng)，形成一種特殊的光傳播模式，這種特殊傳播模式被稱為回音壁模式（WGM）。若將光學(xué)微球置于低于微腔介質(zhì)折射率的媒質(zhì)中，光在微腔內(nèi)以大于臨界角的方向傳播時(shí)會(huì)在微腔表面不斷發(fā)生全反射。光纖傳感器與以電做信號(hào)載體的傳感器相比具有許多優(yōu)點(diǎn)：；；；，柔性極好；、耐高溫、腐蝕等。近年來，隨著光纖傳感技術(shù)的快速發(fā)展，我們可以將光纖傳感器埋入溫度高達(dá)200℃以上的地層深處，用于地形變、地震波、水文地球化學(xué)、地磁等物理量的長期監(jiān)測，可測距離達(dá)數(shù)百公里，并且易于組建成區(qū)域性的地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)[9]。例如零點(diǎn)漂移不易消除、易受電磁環(huán)境干擾、靈敏度低、動(dòng)態(tài)范圍小、漏電、怕雷擊、供電困難、硬件系統(tǒng)比較脆弱等問題，這限制了地震前兆觀測技術(shù)的發(fā)展。地震發(fā)生前常會(huì)出現(xiàn)各種異?，F(xiàn)象(地震前兆)，它與地震的孕育和發(fā)生相關(guān)聯(lián)。歷史表明中國是一個(gè)地震頻發(fā)的國家，地震給人們帶來的危害是眾所周知的。目前臨床上應(yīng)用的壓力傳感器主要用來測量血管內(nèi)的血壓、顱內(nèi)壓、心內(nèi)壓、膀胱和尿道壓力等[1]。隨著光纖傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖傳感作為傳感技術(shù)中一個(gè)重要分支正不斷為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、科學(xué)技術(shù)以及軍事技術(shù)的信息化提供越來越多的服務(wù)，并愈來愈為人們所認(rèn)識(shí)與接受。光子技術(shù)是光子學(xué)與電子學(xué)結(jié)合而成的技術(shù)，作為信息載體的光子在速度容量、空間容量、響應(yīng)速度、并行處理能力等方面具有電子所不具備的優(yōu)越性。光纖傳感器被列入現(xiàn)代傳感器技術(shù)發(fā)展方向之一，并在理論和應(yīng)用上投入大量的研究工作，尤其是近幾年，它的發(fā)展異常迅速，顯現(xiàn)出巨大的開發(fā)潛力，受到一些工業(yè)先進(jìn)國家政府和研究單位的高度重視。早在20世紀(jì)80年代，美國就認(rèn)為世界已進(jìn)入傳感器時(shí)代，我國也將傳感器技術(shù)列為國家“七五”、“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，許多國家也同樣重視傳感器技術(shù)
數(shù)學(xué)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1