单模-多模光纤悬臂梁振动传感器：理论与实验研究

本文主要探讨了一种创新的光纤光学传感器设计——基于单模-多模-间隙-单模(SMGs)光纤悬臂梁振动传感器。该传感器利用多模干涉效应(MMI)来增强其敏感性，通过光束传播法(BPM)进行数值模拟，确保了结构在光传输方面的高效性和稳定性。同时，借助有限元分析方法，对光纤悬臂梁进行了深入的振动模态分析，旨在理论优化传感器的设计，提高其在实际应用中的性能。 文章的重点研究内容包括实验部分，研究人员制备了一款22毫米长的悬臂梁结构，特别关注了多模区光纤长度对其声频振动响应的影响。实验结果显示，当频率达到130赫兹时，该SMGs振动传感器展现出最佳的响应性能，其声压灵敏度达到了4毫伏每帕斯卡(mV/mPa)，线性相关系数高达0.9962，显示出了良好的线性度和可重复性。此外，实测数据与理论模拟的结果高度吻合，证实了设计的有效性。 这种新型光纤振动传感器的特点在于其简单易制备的工艺、较低的成本以及出色的灵敏度，使得它在远程振动监测方面具有广阔的应用前景，特别是在需要对特定振动频率点进行精确感知的场景中。未来的研究可能会进一步优化设计参数，提升传感器的动态范围和抗干扰能力，使其在工业监测、航空航天等领域发挥更大的作用。 关键词涵盖了本文的核心技术，如光纤光学、光纤振动传感器、多模干涉、自映像效应以及悬臂梁设计，这些都是实现高性能振动检测的关键要素。这篇文章为我们提供了一个先进的光纤振动传感技术，展示了其在精密测量和远程监控中的潜力。