微納光纖傳感器的研究意義概述如今形勢下，光纖傳感器因為其的抗干擾、精確、高靈敏度和小巧等特點，取代了傳統(tǒng)傳感器成為了目前研究的熱門。輕質(zhì)量、小直徑、質(zhì)地柔軟、抗電磁抗輻射都是光纖的優(yōu)秀性能；電子方面絕緣并且無感應(yīng)；化學(xué)方面抗高熱、耐腐蝕、耐水[1]。光纖傳感器可以接受人無法感知到的外部信息，突破人類的生理極限，在高溫高輻射等對人有危害的區(qū)域工作。在常規(guī)溶液濃度檢測方面，光纖傳感器得到了充分的利用并且得到了充足的發(fā)展。目前有多種光纖傳感器投入使用，它們分別用不同的方法完成溶液濃度檢測。如光柵型傳感器，微納光纖周圍折射率會因為外側(cè)環(huán)境探測量的改變而發(fā)生改變，進(jìn)一步引起光柵的波長發(fā)生變化。布拉格光纖光柵最為普及，它可以進(jìn)行溫度、彎曲、壓力、折射率等眾多物理量的測量。圖1-3微納光纖光柵測壓力原理圖包括塞格納克（Sagnac）干涉?zhèn)鞲衅?、邁克爾遜（Michelson）干涉?zhèn)鞲衅鳌ⅠR赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉?zhèn)鞲衅骱头ú祭?珀羅（Fabry-Perot）干涉?zhèn)鞲衅鞯榷喾N干涉結(jié)構(gòu)傳感器。以下不做過多論述，列出四種干涉結(jié)構(gòu)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行簡略說明。圖1-4（左）微納光纖塞格納克干涉?zhèn)鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)，（右）微納錐形邁克爾遜干涉?zhèn)鞲衅鲌D1-5（a）Mach-Zehnder干涉?zhèn)鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)示意圖，（b）Mach-Zehnder干涉?zhèn)鞲衅鞯膶嵨飯D（左），不同參數(shù)的微納光纖Fabry-Perot干涉?zhèn)鞲衅黠@微鏡圖（右）。根據(jù)上文所表達(dá)，結(jié)構(gòu)簡單易制造是光柵型和單錐干涉型微納光纖傳感器廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵原因，具有明朗的未來前景和使用價值。微納光纖有著諸多的優(yōu)點，比如靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單并且有強(qiáng)倏逝場，這些都是使它成為熱門研發(fā)和應(yīng)用的重要原因。微納光纖傳感器響應(yīng)迅速、動態(tài)范圍大、靈敏度高，但也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對微納光纖的制作要求比較高。微納光纖是由物理拉伸單模光纖制得，有著“新一代光纖”的美稱。之所以可以用微納光纖制成更靈敏、更快響應(yīng)、功率消耗更低的傳感器，是因為微納光纖的直徑與傳輸光波長的直徑幾乎等長，由于其具有光滑表面、高功效、大倏逝場比例、表面場增強(qiáng)效應(yīng)、直徑均勻、約束光場本領(lǐng)強(qiáng)等優(yōu)秀光學(xué)傳輸特性。微納光纖也并不是完美無瑕，其對周圍環(huán)境要求較高，盡管它的靈敏度優(yōu)勢取決于此，但也正因這樣導(dǎo)致其穩(wěn)定性欠佳。實現(xiàn)溶液濃度檢測的根本依據(jù)是當(dāng)改變其周圍環(huán)境，如溶液濃度變化介質(zhì)折射率變化，傳輸在微納光纖內(nèi)部的信號也會發(fā)生相應(yīng)的變化，這些都是由于光纖的強(qiáng)倏逝場特性。產(chǎn)生的原因是因為，波方程解的形式也會跟著介電常數(shù)一起發(fā)生變化，微納光纖是在自身和外界介質(zhì)一起產(chǎn)生波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。大多數(shù)在微納光纖內(nèi)傳播的倏逝波把能量輸送給了在石英光纖之外的光波，這就代表著光場和外界介質(zhì)的互相影響變大，這是根據(jù)微納米纖維模式下的能量分布得出的結(jié)論，并且隨著倏逝場區(qū)域內(nèi)介質(zhì)折射率的改變，倏逝波的穿透深度也大不相同。正因為如此，強(qiáng)倏逝場特性是微納光纖可以作為倏逝波光學(xué)的敏感元件的根本依據(jù)，可以用其探測各種參數(shù)。強(qiáng)度型微納光纖溫度傳感器的原理是當(dāng)周圍介質(zhì)折射率變化時，透射光的強(qiáng)度會根據(jù)涂覆在微納光纖上的敏感材料的折射率的改變而發(fā)生改變，是一種通過檢測透射光的光強(qiáng)就可以檢測周圍介質(zhì)折射率的便捷靈敏的溫度傳感器。對光源要求高、不耐久易消耗、精度低且不適合大規(guī)模生產(chǎn)等都是其自身缺點。曾經(jīng)有一個對于強(qiáng)度型光纖溫度傳感器極具影響力的實驗就是根據(jù)可以與Pd元素相結(jié)合的原理，把Pd納米顆粒堆積在光纖外表，因為其結(jié)合程度受濃度影響，進(jìn)一步影響光的吸收強(qiáng)度。光源是否穩(wěn)定對于光柵型傳感器影響不大，其具有緊湊的結(jié)構(gòu)，但測量靈敏度較其他傳感器略低，而布拉格光柵傳感器作為十分普遍的傳感器而被廣泛使用，并且其具有多種多樣功能。該傳感器的特征為UV光曝光在纖芯，通過對前后向線性模耦合作用，從而形成折射率調(diào)制且其具有周期性，位于光譜方可看到到窄帶寬反射峰，是一種通過待測量從而引起傳輸信號光波長變化進(jìn)而最終完成傳感的傳感器。布拉格光柵主要通過UV光曝光對纖芯的折射率進(jìn)行周期性調(diào)制所形成的，干涉現(xiàn)象存在于不同的反射光中，比較突出的是，其產(chǎn)生的光譜相對來說較窄，展開本文的研究之前，我通過查閱資料，獲取大量關(guān)于光柵型微納光纖傳感器的相關(guān)知識，其一，需要是制備一個微納光纖，其二，針對該光纖，分析和探究其傳感特性，微納光纖傳感器因其突出特點而備受青睞，如較強(qiáng)的抗干擾能力，構(gòu)造體系十分合理，而且具有很高的靈敏度靈敏度，通?？蛇_(dá)到幾千納米/折射率單位(nm/RIU)。諧振型微納光纖傳感器具有十分廣泛的測量范圍，并且可以得到較為精確的結(jié)果，但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性查，復(fù)雜環(huán)境中沒有辦法發(fā)揮最大價值，如下圖1-6所示。圖1-6諧振型微納光纖傳感器的典型結(jié)構(gòu)通過檢測干涉條紋微納米干涉光纖傳感器移動或?qū)崿F(xiàn)對外部介質(zhì)的譜移特性變化的測量。微納光纖內(nèi)的相干光，其光程差和干涉信號與環(huán)境的折射率呈相關(guān)改變趨勢。傳統(tǒng)基于干涉效應(yīng)的光纖干涉儀結(jié)構(gòu)主要有四個，分別為(a)所述薩格納克干涉儀