光纤多模干涉与倏逝场效应在折射率传感器中的应用探索

"物联网-智慧传输-基于光纤多模干涉和倏逝场效应的折射率传感器研究" 物联网技术是现代信息技术的重要组成部分，它通过各种感知设备收集环境或设备信息，并通过网络进行传输和处理，实现智能化的管理和控制。智慧传输是物联网中的关键技术之一，它涉及到高效、可靠的数据通信和信息处理。本研究聚焦于物联网中的智慧传输，特别是利用光纤技术构建的高精度折射率传感器。 光纤传感器是一种利用光纤作为传感元件的检测装置，它具有诸多优势，如体积小、重量轻、抗电磁干扰、可远程监测和高灵敏度。其中，基于多模干涉（MMI, Multi-Mode Interference）和倏逝场效应的光纤传感器在折射率测量方面展现出独特的性能。多模干涉是由于不同模式在光纤中的传播速度差异导致的干涉现象，而倏逝场效应则是光在光纤表面或近表面区域产生的弱场效应，这两种效应结合可以极大地提高传感器的灵敏度和选择性。 本文详细阐述了设计的光纤折射率传感器的工作原理，包括多模干涉理论和倏逝场效应。通过理论分析，得出了传感器谐振波长和透射深度的数学表达式，为实际应用提供了理论基础。同时，运用BPM（Beam Propagation Method）数值模拟方法，模拟了单模-多模-单模（SMS）光纤结构内部的光场传输，揭示了不同入射光波长下透射谱的变化规律，以及输入光波长变化对自映像周期的影响。 在实际应用中，设计了一种基于SMS光纤结构的折射率液体传感器，其中的多模光纤部分采用了无芯光纤，以消除处理包层时的不确定性和提高传感器的稳定性和灵敏度。实验结果显示，该传感器的灵敏度达到了460nm/RIU（ refractive index unit），证明了设计的有效性。 此外，还提出了一种分段式倏逝波光纤传感器，通过实验系统测量折射率，其敏感度达到了444nm/RIU，并且由于光纤本身的低热光效应，降低了环境温度变化对测量结果的干扰，增强了传感器的环境适应性。 总结而言，本文深入研究了基于光纤多模干涉和倏逝场效应的折射率传感器，通过理论研究、数值模拟和实验验证，为物联网智慧传输领域提供了新型、高效、高灵敏度的传感解决方案，对于提升物联网在生物医药、化学化工及国防军事等领域的应用水平具有重要意义。关键词包括光纤传感器、多模干涉、折射率传感和倏逝波。