纤芯失配光纤传感器：高精度折射率检测的关键

纤芯失配型光纤传感器是一种利用光纤光学原理进行折射率测量的重要设备。其工作原理基于菲涅耳公式和功率反射系数关系式，当光线从一种介质进入另一种折射率不同的介质时，由于纤芯与包层之间的折射率差（纤芯失配），会导致部分光线在界面处发生反射或折射，从而改变光功率的传输特性。这种传感器特别设计了单模/多模光纤结构，其中单模光纤对光的传播模式有严格的控制，而多模光纤则允许多种模式的光线同时传播。 在本研究中，作者首先通过理论分析，探讨了传感器的折射率传感原理。当甘油溶液的折射率n2在1.300至1.441范围内时，由于与单模光纤包层折射率的差异较小，传感器的输出光功率保持较强且变化不大。然而，当n2升至1.441至1.452之间，输出光功率表现出线性快速下降的特性，其下降的斜率达到了-155.91，这意味着折射率的微小增加将导致光功率的显著减小。当n2接近单模光纤包层折射率时，输出光功率几乎消失，这表明传感器对这种特定折射率变化非常敏感。 为了验证理论计算结果，实验被设计来测量传感器在实际应用中的性能。实验结果显示，当甘油溶液折射率在1.442至1.454范围内，传感器的输出光功率也经历线性快速下降，斜率约为-49.67，与数值模拟的结果高度一致。这种传感器的优势在于结构简单，成本较低，而且整个传感系统完全基于光纤，使其适合在有毒有害、易燃易爆等恶劣环境中进行精确的物质折射率测量。 纤芯失配型光纤传感器因其独特的设计和优异的性能，对于科研和工业应用具有很高的价值，特别是在需要精确测量复杂环境下的折射率变化场景。通过深入理解其工作原理和特性，可以更好地优化传感器的设计和应用，推动相关领域的科技进步。