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光纤内密封液腔的高灵敏海水温度传感研究

批准号:
11504070
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
刘一
依托单位:
学科分类:
微纳光学与光子学
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
李岩、范光华、李敏、王维、孙慧慧

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
本课题主要通过研究光纤内密封液腔的水下温度传感特性,提出一种基于液体高热光系数的新型光纤温度传感结构,为海水温度的高灵敏探测提供理论与技术支持。首先,建立光纤内密封液腔温度传感模型,设计出具有高灵敏度的光纤内密封液腔温度传感结构。然后,利用飞秒激光诱导水击穿在光纤内制备出微流体通道和微腔,将微量液体引入并密封在光纤微腔内。最后,研究光纤内密封液腔的水下温度传感特性,通过优化制备与设计参数,进一步提高光纤内密封液腔的温度传感灵敏度,实现对海水温度的高灵敏探测。
英文摘要
In this project, we will mainly investigate the temperature sensing properties of sealed liquid-cavity in optical fiber underwater. And a novel optical fiber temperature sensor will be given based on the high thermo-optical coefficient of the liquid, which provides theoretical bases and practical methods for highly sensitive detection of sea temperature. First, we will establish the temperature sensing model of the sealed liquid-cavity in optical fiber, and design the sealed liquid-cavity structure in optical fiber with high temperature sensitivity. Then, the micro-channel and micro-cavity in optical fiber will be fabricated by using femtosecond laser induced water-breakdown. The micro liquid will be leaded into the optical fiber and sealed in the micro-cavity. Finally, we will investigate the temperature sensing properties of sealed liquid-cavity in optical fiber underwater. By optimizing the fabrication and design parameters, the temperature sensitivity of sealed liquid-cavity in optical fiber will be further improved to realize highly sensitive detection of sea temperature.
海水温度是海洋环境中最重要的因素之一,准确探测、研究海水温度的时间、空间分布及其变化规律,不仅是海洋学的重要基础内容,而且对气象、航海、捕捞业和水声等学科也至关重要。光纤传感器件在海洋环境探测领域具有独特应用优势,由于海水温度随时间和空间的变化范围非常小,提高光纤传感器件的海水温度探测灵敏度对海水温度研究具有重要意义。本课题将液体等温度敏感材料集成到光纤微腔传感结构内部,设计并制备出了各种高灵敏光纤温度传感探头,研究了其空气及水下温度传感特性。主要研究内容包括:建立了光纤微腔内集成液体等高热光系数材料的温度传感模型,基于光纤内法布里珀罗干涉、马赫增德干涉等原理设计出具有高灵敏度的光纤温度传感结构;利用飞秒激光诱导水击穿技术、电弧放电熔接技术在光纤内制备出了各种设计的微腔和微通道结构,将微量液体引入到光纤微腔内;利用飞秒激光双光子聚合技术、紫外固化技术实现了液体在微腔内的集成与密封;对制备出的各种光纤探头结构的温度传感特性进行了研究测试,选取最佳设计方案,优化制备参数,并对光纤探头进行了初步封装,实现了对海水温度的高灵敏探测,温度灵敏度高于6nm/℃。本课题解决了温度敏感材料与光纤传感结构集成的问题,突破了光纤材料本身传感灵敏度低的瓶颈,为光纤温度传感探头的制备和应用提供了新的思路。基于本项目研究成果,申请发明专利2项,发表SCI 论文15 篇,其中,在国际光学及传感一流期刊(Optics letters、Optics Express、Sensors and Actuators B,SCI 影响因子均大于3.0)上发表论文7篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1080/09500340.2016.1198500
发表时间: 2016-07
期刊: Journal of Modern Optics
影响因子: 1.3
作者: [Yi Liu;Min Li;Huihui Sun;Yan Li;S. Qu]
通讯作者: Yi Liu;Min Li;Huihui Sun;Yan Li;S. Qu
High sensitivity fiber acoustic sensor tip working at 1550 nm fabricated by two-photon polymerization technique
采用双光子聚合技术制造的工作波长为 1550 nm 的高灵敏度光纤声学传感器尖端
DOI: 10.1016/j.sna.2017.03.040
发表时间: 2017-06-15
期刊: SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL
影响因子: 4.6
作者: [Li, Min, Liu, Yi, Qu, Shiliang]
通讯作者: Qu, Shiliang
Mach–Zehnder interferometer based on a cross-type microchannel in SMS fiber structure for gas pressure sensing with high sensitivity
基于 SMS 光纤结构中的十字型微通道的 Mach-Zehnder 干涉仪,用于高灵敏度气体压力传感
DOI: 10.1117/1.oe.57.9.096101
发表时间: 2018-09
期刊: Optical Engineering
影响因子: 1.3
作者: [Yu Wang, Yi Liu, Renxi Gao, Kunjian Cao, Shiliang Qu]
通讯作者: Shiliang Qu
Quantitative microfluidic delivery based on an optical breakdown-driven micro-pump for the fabrication of fiber functional devices
基于光学击穿驱动微泵的定量微流体输送,用于制造光纤功能器件
DOI: 10.1364/oe.25.023690
发表时间: 2017-10-02
期刊: OPTICS EXPRESS
影响因子: 3.8
作者: [Cao, Kunjian, Liu, Yi, Qu, Shiliang]
通讯作者: Qu, Shiliang
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