光纤法布里-珀罗温度传感器：海洋快速测温新方案

"本文提出了一种基于光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的海洋温度快速测量技术，该传感器利用硅的热光效应和热膨胀效应实现高精度温度传感，并采用二分法的交叉相关快速解调算法进行解调，具有高精度、快速响应的特点。在测试中，传感器的温度测量精度达到了0.15℃，能够分辨0.001℃的温度变化，响应时间为128ms，适用于投弃式测量应用。" 光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)传感器是光学传感领域的一种重要工具，尤其在温度测量方面展现出优越性能。这种传感器的核心是F-P腔，它由两面反射镜构成，其中一镜固定，另一镜可移动，形成一个光学谐振腔。当光波在腔内往返传播时，由于腔长的变化，光的干涉图案也会相应改变。在温度传感中，硅片作为F-P腔的腔体，其热光效应使得硅的折射率随温度变化，而热膨胀效应则导致腔体长度的变化，两者结合使得F-P腔的共振频率发生变化，从而可以感知温度。 该文提出的解决方案是将硅片与光纤尾纤相结合，利用光纤传输光信号，通过测量光的干涉模式来确定温度。二分法的交叉相关快速解调算法是解调F-P传感器的一种高效方法，它通过逐步调整探测光的频率，寻找与传感器输出信号最大相关性的位置，从而确定F-P腔的精确长度，进而计算出温度值。这种方法能实现高精度的解调，且速度较快。 实验结果显示，所制作的光纤F-P温度传感器在实际应用中具有0.15℃的测量精度，这意味着它可以准确地捕捉到微小的温度变化，这对于海洋环境监测或特定科学实验来说至关重要。此外，传感器的温度响应时间仅为128毫秒，这样的快速响应能力使得它能够在短时间内捕获温度动态变化，适合于快速变化的环境监测，如海洋湍流研究或极端气候条件下的温度测量。 由于其便携性和高精度，这种光纤F-P温度传感器在投弃式测量领域的应用前景广阔。投弃式测量是指将传感器投放到目标环境中，如海洋深处，收集数据后自动上浮回收或在设定时间后销毁，避免了传统设备部署和回收的复杂性。因此，这种传感器可能被用于海洋科学研究、水下环境监测、深海生物研究等多种场景，提供实时、精确的温度数据。 这种基于光纤法布里-珀罗传感器的温度测量技术，结合硅材料的特性及优化的解调算法，为海洋温度的快速、高精度测量提供了一种创新解决方案，有望推动相关领域的科技进步。