空芯光纤法珀干涉湿度传感器：新型纳米水凝胶应用

"基于空芯光纤的集成式全光纤法珀干涉式湿度传感器，通过在空芯光纤制作的法布里-珀罗(Fabry-Pérot, F-P)干涉腔内填充吸水性强的纳米复合水凝胶，构建了一种温度低敏感的微型湿度计。这种传感器利用水凝胶吸收空气中的水蒸气导致其折射率变化，进而影响F-P腔的光程差，以此来测量环境的相对湿度。在38%-98%的湿度范围内，传感器的光程差变化对应着77.82 nm/(1%)的灵敏度。" 本文详细探讨了基于空芯光纤的湿度传感器设计和工作原理，该传感器利用了光纤导波光学的特性。法布里-珀罗干涉仪是一种常见的光学干涉装置，通常由两个反射镜构成的光学谐振腔组成，其中的光束往返多次形成干涉。在本研究中，空芯光纤作为F-P干涉仪的基础，其内部的介质折射率变化直接影响光程差，而这一变化由填充的水凝胶实现。 空芯光纤的使用显著降低了传感器对温度变化的敏感性，这是由于空芯结构使得光纤内的光传播不受材料热膨胀的影响。为了提高湿度响应，研究人员采用了一种新型的纳米复合水凝胶，这种水凝胶具有优异的吸湿性。当环境湿度增加，水凝胶吸收水分，其折射率随之改变，导致空芯光纤内光的干涉图案发生变化。通过监测这种光程差的变化，可以精确地测量环境的相对湿度。 实验结果显示，传感器在38%到98%的湿度范围内表现出良好的线性响应，光程差从608.7180 μm变化到604.0488 μm，对应的灵敏度是77.82纳米每百分之一的湿度变化。这意味着，对于湿度每增加1%，光程差将改变77.82纳米，为湿度测量提供了高精度的可能性。 此研究成果对于开发新型的环境监控设备，特别是在需要高精度湿度测量且温度变化范围大的场合，如气象观测、工业生产过程控制以及健康医疗等领域，具有重要的应用价值。此外，这种基于空芯光纤和水凝胶的湿度传感器设计也为光纤传感技术的研究开辟了新的途径，未来可能催生更多创新的传感器解决方案。