光纖內密封液腔的高靈敏海水溫度感測研究

《光纖內密封液腔的高靈敏海水溫度感測研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉一擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光纖內密封液腔的高靈敏海水溫度感測研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉一

項目摘要

本課題主要通過研究光纖內密封液腔的水下溫度感測特性，提出一種基於液體高熱光係數的新型光纖溫度感測結構，為海水溫度的高靈敏探測提供理論與技術支持。首先，建立光纖內密封液腔溫度感測模型，設計出具有高靈敏度的光纖內密封液腔溫度感測結構。然後，利用飛秒雷射誘導水擊穿在光纖內製備出微流體通道和微腔，將微量液體引入並密封在光纖微腔內。最後，研究光纖內密封液腔的水下溫度感測特性，通過最佳化製備與設計參數，進一步提高光纖內密封液腔的溫度感測靈敏度，實現對海水溫度的高靈敏探測。

結題摘要

海水溫度是海洋環境中最重要的因素之一，準確探測、研究海水溫度的時間、空間分布及其變化規律，不僅是海洋學的重要基礎內容，而且對氣象、航海、捕撈業和水聲等學科也至關重要。光纖感測器件在海洋環境探測領域具有獨特套用優勢，由於海水溫度隨時間和空間的變化範圍非常小，提高光纖感測器件的海水溫度探測靈敏度對海水溫度研究具有重要意義。本課題將液體等溫度敏感材料集成到光纖微腔感測結構內部，設計並製備出了各種高靈敏光纖溫度感測探頭，研究了其空氣及水下溫度感測特性。主要研究內容包括：建立了光纖微腔內集成液體等高熱光係數材料的溫度感測模型，基於光纖內法布里珀羅干涉、馬赫增德干涉等原理設計出具有高靈敏度的光纖溫度感測結構；利用飛秒雷射誘導水擊穿技術、電弧放電熔接技術在光纖內製備出了各種設計的微腔和微通道結構，將微量液體引入到光纖微腔內；利用飛秒雷射雙光子聚合技術、紫外固化技術實現了液體在微腔內的集成與密封；對製備出的各種光纖探頭結構的溫度感測特性進行了研究測試，選取最佳設計方案，最佳化製備參數，並對光纖探頭進行了初步封裝，實現了對海水溫度的高靈敏探測，溫度靈敏度高於6nm/℃。本課題解決了溫度敏感材料與光纖感測結構集成的問題，突破了光纖材料本身感測靈敏度低的瓶頸，為光纖溫度感測探頭的製備和套用提供了新的思路。基於本項目研究成果，申請發明專利2項，發表SCI 論文15 篇，其中，在國際光學及感測一流期刊（Optics letters、Optics Express、Sensors and Actuators B，SCI 影響因子均大於3.0）上發表論文7篇。