摘要
微纳光纤传感器具有体积小、结构紧凑的特点，由于直径在微米量级，易受外界环境因素影响，因此具有高灵敏度。锥形光纤纤芯中的光耦合进包层中，会产生高阶模式，利用其特点制成模式干涉传感器，能够进一步提高灵敏度;同时可以对锥区进行敏感材料涂覆，实现不同参量的传感，因此近年来一直受到广大研究者的关注。本论文基于锥形微纳光纤的特性，设计了马赫曾德干涉结构的锥形微纳光纤传感器，进行温度、湿度和折射率参量的传感特性研究。 通过光束传播法对锥形微纳光纤进行数值分析，确定了传感的理论可行性。对不同参数的锥区进行数值分析，发现:对于线性锥区，锥腰能量、透射能量随锥腰半径的增加而增大;对于非线性锥区，锥腰能量、透射能量与锥腰半径成正比;并改变环境折射率，锥形微纳光纤的透射能量随着环境折射率的增大而减小。 利用电弧放电拉锥和火焰拉锥技术分别制作了对称式、非对称式和石墨烯涂覆的锥形微纳光纤传感器。搭建了对称式线性锥区光纤温度传感系统，研究不同双锥间距传感系统的温度特性，验证其温度灵敏度与双锥间距无关;搭建了微纳光纤折射率传感系统，分别对非对称式非线性锥区和对称式线性锥区传感器进行折射率实验研究，得到折射率灵敏度为0.658/RIU和0.446/RIU;搭建了石墨烯涂覆的微纳光纤湿度传感系统，分别对非对称式非线性锥区和对称式线性锥区传感器进行湿度实验研究，在环境温度25℃，压强1atm，波长范围在1545nm至1555nm，非对称式传感系统灵敏度为68.73pm/％RH，随相对湿度增加，干涉谱线发生蓝移;对称式传感系统对湿度不敏感。
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