一种新型中空多芯光纤及其液压传感特性研究
摘要
海水压强传感器是一种用于测量海水深度的设备，在海洋工程、海洋科学研究和海
洋资源勘探等领域得到广泛应用。随着海洋深度的增加，海水压强也随之增大，为确保
在深海环境下设备的安全性，准确测量海水压强显得尤为重要。此外，在海底油气开采
和海洋地震监测等领域，海水压强传感器也扮演着不可或缺的角色，它可用于监测海底
压强的变化，为海洋领域的工作提供重要的数据支持，也是国家发展海洋经济“十四五”
规划的重要支撑之一。光纤传感器作为一种新型的探测设备，具有灵敏度、可靠性高、
抗干扰能力强等特点，本文针对在海洋领域中的传感需求，设计并提出了一种基于纤内
集成马赫-曾德尔海水压强传感器和一种基于SPR效应的海水压强传感器。
本文的主要研究内容和创新点包括：
1.设计并提出了一种基于纤内集成马赫曾德尔干涉仪，用于海水压强传感。利用-
D型中空双芯这一类型的特种光纤，将传统分立的马赫-曾德尔干涉仪集成在一根光纤
中，减小了传感器的体积和功耗。为了获得更好的传感灵敏度、传感范围和稳定性，利
用商用的光学仿真软件，模拟并获得了所提出的传感器在宽谱光入射时的透射谱线、有
D
效折射率和灵敏度等数值。仿真结果表明，可以通过调整纤芯与型平台之间包层的剩
余厚度和两个纤芯之间的相对距离来影响纤芯的有效折射率，这种调整导致了两个纤芯
之间的有效折射率差值的变化。此外，我们还发现，通过调整MZI干涉臂的长度可以
影响MZI的传感灵敏度。然而，干涉臂的长度和传感灵敏度之间的关系并不是简单的
线性关系。需要进行仔细的多次调整和尝试，才能找到最佳的干涉臂长度。
2.在上述D型中空双芯的基础上提出了一种双平台中空双芯光纤，用于海水压强
的测量。在D型中空双芯的基础上将远离D型平台的纤芯移动到中央空气孔的右侧，
D
并再其附近设计了另外一个型平台。这样的好处在于进一步增加了光纤结构的不对称
性，减少了纤芯与外界环境的距离，使得压强作用效果更加明显。计算结果表明，双D
型中空双芯的压强传感灵敏度与D型中空双芯相比有了明显的提高。
3.设计并提出了一种基于表面等离子体共振的海水压强传感器，创新性地将表面等
D
离子体共振效应应用在海水压强传感领域。本文利用型中空光纤，并在中央空气孔内
哈尔滨工程大学硕士学位论文
沉积纳米金薄膜，用于激发表面等离子体共振效应。所提出的基于表面等离子体共振效
应的海水压强传感器可以通过检测限制损耗光谱中的损耗峰的移动，从而解调出作用在
传感器上的压强值。此外，本文还比较了加入了聚碳酸酯薄膜的双层膜结构对于传感器
传感灵敏度的影响，计算结果表明基于双层膜结构的表面等离子体共振海水压强传感器
3.4
的传感灵敏度是前者的倍。
关键词：光纤传感；马赫-曾德尔干涉仪；表面等离子体共振；中空双芯光纤；限制损
耗
一种新型中空多芯光纤及其液压传感特性研究
Abstract
Thehydraulicpressuresensorisadeviceusedtomeasurethedepthofseawater,whichis
usuallyusedinoceanengineering,marinescientificresearch,marineresourceexplorationand
otherfields.Asthedepthoftheoceanincreases,thehydraulicpressurewillalsoincrease.In
ordertomeetthesafetyofworkingequipmentinthedeepseaenvironment,accurate
measurementofseawaterpressureisalsocrucial