引用本文:

高晓丹,魏婉华. 薄膜型光纤温度传感器的膜系设计[J]. 光通信技术,2021,45(3):15-18.

薄膜型光纤温度传感器的膜系设计

高晓丹,魏婉华

武汉东湖学院 电子信息工程学院,武汉 430212

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摘要:纳米薄膜与光纤的结合为新型感测提供了各种潜在可能。为了分析温度敏感薄膜的膜系设计及其对光纤温度传感器传感特性的影响,根据光学薄膜理论和光纤传感器的温度感测原理,探讨了光纤温度传感器中敏感薄膜的膜系设计,并构建了薄膜型光纤传感器的温度传感特性模型。以测试系统的参数、性能以及其对干涉光谱的要求为基础,设计了对称性较好的法布里-珀罗薄膜腔。通过对比不同膜层厚度法布里-珀罗结构膜系的传感特性,筛选膜系,分析了高、低折射率薄膜材料的热光系数和热膨胀系数分别对温度传感特性的影响权重,为光纤温度传感器敏感薄膜的镀制及工艺制定提供理论依据。

关键词:

中图分类号:TN29 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)03-0015-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.03.004

0 引言
       光纤传感器兼具传输和感测的功能,将新型功能材料与光纤元件组合研制各种新型传感器是当前传感领域的重要方向[1]。其中,纳米薄膜与光纤的结合为新型感测的实现提供了各种潜在可能[2]。由于光学薄膜具有较好的空间周期结构,根据光学薄膜理论对薄膜的组分、结构和性能进行复杂的人工剪裁和设计,可以实现其它技术无法达到的优异性能。因此,基于纳米薄膜的光纤传感器在参数测量的多样性方面展示出明显优势,包括温度传感[3]、湿度传感[4]、折射率传感[5]、应变传感[6]、气体传感[7]、化学传感[8]和生物传感[9]等。薄膜作为光纤传感器的敏感元件,对传感器的测量范围、灵敏度和精度等传感特性以及系统的稳定性和可靠性都有举足轻重的作用。
  基于光的干涉效应,光学薄膜可设计为具有各种各样的光学特性,以实现不同波段的减反、分色、偏振分束和偏振转换等功能。在光通信和光电子应用系统中,一般要求其具有较好的稳定性,不受温度、湿度等外界环境因素的影响。薄膜型光纤传感器采用光学薄膜构建传感器的敏感探头,充分利用膜层对待测参量的敏感特性来进行感知和检测,对薄膜材料的选择、膜系的设计及鲁棒性提出了更高的要求。基于此,本文设计纳米薄膜型光纤温度传感器的膜系结构,并研究其对光纤传感器温度传感特性的影响。

3 结束语
       本文以光纤温度传感器的感温原理及光学薄膜理论为基础,通过构建具有对称结构的法布里-珀罗薄膜腔,设计了较简单的温度传感薄膜的膜系,模拟了所设计膜系的温度传感特性,并分析了薄膜材料的热光系数和热膨胀系数对温度传感特性的影响权重,便于后期薄膜镀制工艺的制定。本文的研究为光学薄膜应用于其它物理参量测量的光纤传感器提供了借鉴意义和理论基础。