Page 28 - 网络电信2023年12月刊
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纤相熔接。同时，将单模光纤和熔接好的无芯光纤端面垂直没 三、实验结果与讨论
入约2mm厚度的PDMS 溶液并缓慢提拉，PDMS吸附在光纤端面形 3.1 温度和折射率传感实验
成半椭球状，如图2（a）所示。将光纤放置在温度为80℃加热 本实验搭建的温度和折射率传感装置结构示意图如图5所
台上，加热2h后固化，PDMS厚度约为30μm，如图2（b）所示。 示。实验装置由海洋光学公司宽谱光源SLED（HL-2000，波长范
然后准备一段长度10mm的石英毛细管，在微距位移平台上将两 围360~2400nm）、光纤光栅解调仪（SM125，MicronOptics，
段光纤插入石英毛细管中并控制PDMS端面间距离为50μm，并使 波长输出与检测范围为1510~1590nm）、光谱分析仪（E820，上
用紫外胶（UV胶）对毛细管两端进行固定，如图2（c）所示。 海复享，波长检测范围350~960nm）、一分二光纤耦合器、水浴
最后将传感器放入磁控溅射镀膜机（JSD350）中，在无芯光 加热台和电脑组成。由于卤素灯光源输出光的相干性差，因此
纤表面沉积一层50nm厚，10mm长的银膜，如图2（d）所示。其 使用光纤光栅解调仪输出扫描激光光源并同时接收反射的FPI干
中，所用的多模光纤和无芯光纤为长飞公司生产，多模光纤的 涉光谱。光从宽谱光源和光纤光栅解调仪输出，经过1:1光纤耦
纤芯和包层直径分别为62.5μm和125μm；无芯光纤的包层直径 合器传输至传感器，由E820 检测透射光谱，反射光由耦合器传输到
为125μm；毛细石英管的内径为150μm，外径为350μm；PDMS SM125检测。
是由主剂与固化剂两种液体以10:1的质量比混合，均匀搅拌，
图5 实验装置图
静置20min消除其中的气泡。
图2 传感器制备流程
首先测试传感器的折射率响应特性，将传感器固定到载
光学显微镜下观察光纤端面蘸取PDMS 后厚度约为30μm， 玻片上，并在相同的温度环境下滴上不同折射率的溶液，采用
如图3（a）所示，FP谐振腔长约为50μm，如图3（b）所示。 E820 检测透射光谱。当滴下的溶液的折射率在1.333~1.371
将传感结构连接光谱仪，FPI 的反射光谱如图4（a）所示，测 RIU之间变化时，透射光谱如图6（a）所示。随着溶液折射率
量得到该结构的自由光谱范围为21.89μm，由式（3）得到实 的增加，共振波长发生红移，共振峰由503.79nm红移到620.31
际腔长为54μm，与理论计算相符合。选用该结构在空气中的透 nm。对测量数据进行线性拟合得到传感器对溶液折射率的灵
射光谱作为参考光谱，当环境折射率由1.0（空气折射率）变为 敏度为2913.68nm/RIU，并且具有良好的线性度，线性度达到
1.333（纯净水的折射率）时，透射光谱出现共振吸收峰，光谱 99.7%。此外，在测量传感器折射率响应的同时，使用SM125检
如图4（b）所示。需要指出的是，蘸取制备光纤端面的PDMS， 测反射光谱，光谱如图6（c）所示。在选取反射光谱的第一个
两侧存在细微的厚度差异，然而，PDMS作为FP腔的高反镜，其 干涉谷进行观察时，发现随着外部折射率的变化，干涉谷未发
厚度并不需要保证一致。 生漂移。这源于FP腔结构密封在毛细硅管中，不受外界环境的
折射率影响，因此，温度传感通道的折射率灵敏度为0 m/RIU。
图3 光学显微镜下的光纤FPI 图片。（a）端面；（b）FP 腔
图6 传感器折射率响应特性。（a）透射光谱图；（b）透射谱线性
拟合图；（c）干涉光谱图；（d）干涉谱线性拟合图
图4 传感器的干涉谱和透射谱。（a）干涉光谱图；（b）透射光谱图
网络电信 二零二三年十二月 49
