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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

光纤传感器由于传输损耗低、耐腐蚀、测量动态范围大、抗电磁干扰等优势而备受关注，已广泛应用于桥梁健康监测、冶金、航空航天及军事，特别在易燃、易爆以及强电磁干扰环境的传感中具备非常大的优势。光纤传感技术是利用在光纤中传播的光束，传输外界待测物理量信号的传感技术。干涉型光纤传感器因其稳定性好、灵敏度高、测量对象广等特点，被广泛用于折射率、温度、应变、磁场等多种物理量的测量。光纤michelson干涉仪传感器是非常经典的一种光纤干涉仪传感传感器，基于michelson干涉仪的原理设计出来的，它属于双光束或者多光束反射式干涉仪，光纤反射式干涉仪结构具有应用更加简便的优势。光纤反射式结构相比于透射式结构，便于在狭小且封闭的空间里实现传感的测量。传统的光纤michelson干涉仪传感器其传感臂与参考臂是两根单模光纤，在测量过程中特别容易受到除待测物理量外的外界环境因素影响，抗干扰能力弱、稳定性不高、实用能力不强。新型结构的光纤michelson干涉仪，即全光纤型michelson干涉仪，是在一根光纤当中实现michelson干涉仪结构，利用光纤的芯层和包层作为双光束或者多光束反射通道。同时，通常运用光纤的芯层和包层分别作为传感臂与参考臂。全光纤型michelson干涉仪传感具有较强的抗干扰能力、高稳定性、很强的实用力等优点，很快就取代了传统两根光纤形成的光纤michelson干涉仪传感器。目前全光纤型michelson干涉仪通常末端都是裸露在空气当中，因此在传感时很容易受到外部的干扰，同时很难实现折射率应用。目前全光纤型michelson干涉仪结构也无法两端固定，因此无法实现应变传感。本课题基于全光纤型michelson干涉仪传感，通过二氧化硅微管熔接实现全光纤型michelson干涉仪末端的稳定封装。这种末端封装方法可以很好保护全光纤型michelson干涉仪末端，在传感时不容易受外界环境干扰。同时，全光纤型michelson干涉仪末端封装上二氧化硅微管后，可以使这种结构实现两端固定，因此可以实现应变传感应用。封装好的全光纤型michelson干涉仪可以适用于在温度、折射率和应变传感。

国内外研究现状

由于光沿着光纤传输时的损耗比电沿着电缆传输时的传输损耗低得多，所以光纤被广泛地用作长距离的传输的工具。目前光纤传感也被广泛应用于各种传感领域，比如温度^[1-4]、应变^[5-8]和折射率^[9-12]等。在1966年，以美籍华裔物理学家、前香港中文大学校长高锟为首的物理学家们首次从理论上证实了利用光纤实现信息传播的可能性，至此，光纤这种光束传输装置进入人们的视线，这项研究获得了诺贝尔物理学奖。光纤的传输损耗的逐渐降低及光电等高科技技术逐步发展，使得光纤传感器逐渐进入人们的视线。

1883年美国物理学家michelson和莫雷合作发明michelson干涉仪使微小位移量和微振动的测量变得简单。由于光纤具有抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、体积小、重量轻、可绕性好等特点，人们将两者的优点结合在一起研制了光纤michelson干涉仪。随着光纤传感技术研究的不断深入，光纤传感器逐渐由分立光学元件向在纤式系统发展，各种光纤michelson传感器层出不穷。在纤式michelson干涉仪因其具有结构简单、条纹对比度好、封装方便而受到广泛的研究^[13]。

1992年j.l.santos^[14]设计一组基于在纤式michelson干涉仪的复用传感器来测量外界频率，通过有源补偿使差分相位保持恒等。2001年波兰m.szustakowski^[15]设计一种新型光纤分布式传感器系统，在基于非对称michelson干涉仪的单模光纤传感网中利用多分复用干涉测量技术测量动态应变，这套系统同样适用于测量其它物理量。2007年，liyang shao等人^[16]提出了一种利用偏振分布的布拉格反射光纤实现高分辨率的应变和温度传感器。2008年加拿大女王大学的zhaobing tian等人^[17]，设计了一种基于michelson干涉仪的单模光纤的折射率传感器，用金作为端面封装的方案成本较高，不易应用。同年，libo yuan等人^[18]提出了一种基于双芯光纤的michelson干涉仪的光纤流速传感器，这种传感器仅用双芯光纤作为悬臂梁的一段。2012年，tingting wang等人^[19]在单模光纤以及光子晶体光纤的连接处制作了一个椭圆形状的空气微腔结构形成michelson干涉仪，用于实现温度以及折射率的测量。同年，di，wu 等人^[20]首次设计了一种两个微球结构级联熔接的微型传感器，称为类花生。该传感结构制作的类花生结构相当于光纤中的一个耦合激发单元，对在纤芯中传输的光起到分束及合束的作用。2013年，le xu等人^[21]提出了一种基于光纤维的michelson干涉仪（fiber-michelson interferometer，ftmi），该结构由光纤维与单模光纤熔接形成，该结构首先使用光纤拉锥机将单模光纤拉制成光纤锥，然后将端面切平的单模光纤与细锥端熔接，通过放电将粗锥端熔成类球形之后与另一段单模光纤熔接，最后将单模光纤端面切平形成反射面，这种结构可以实现温度传感。2015年，jingyi yang等人^[22]提出一种基于掺ge光纤的michelson干涉仪，该结构由掺ge光纤(内径4μm，外径125μm)与单模光纤(内径9μm，外径125μm)熔接形成，室温到500c，该传感器在1588.02nm的温度灵敏度为89pm/c。同年，wenhuiding等人^[23]将光子晶体光纤与单模光纤熔接形成光纤fabry-perot干涉仪，在17c-1200c的温度范围内灵敏度为10pm/c。2016年，xinghu fu等人^[24]提出了一种基于锥形michelson干涉仪的多模光纤折射率传感器，折射率的灵敏度可达115.808 nm/riu。

2. 研究的基本内容

光纤传感器相比于传统传感器具有显著优点，如抗电磁干扰能力强，灵敏度高，成本低，易于操作等。光纤传感器已经被广泛应用于很多传感领域，比如温度、应变、折射率等。本文提出一种保护光纤端面结构的光纤michelson干涉仪传感器，同时这种结构还可以实现应变传感，内容如下：

1. 研究光纤michelson干涉仪传感机理；

2. 研制保护光纤端面结构的光纤michelson干涉仪传感器；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

2018年12月10日前：确定课题目标查找与查阅相关资料、文献，完成开题报告。

2018年12月到1月：在导师的指导下完成相关实验，搜集相关数据。

2019年2月到4月：整理分析数据，撰写论文提纲，完成论文初稿。

4. 参考文献

[1] tan x, geng y,li x, et al. high temperature microstructured fiber sensor based on apartial-reflection-enabled intrinsic fabry-perot interferometer[j]. applied optics,2013, 52(34): 8195-8198.

[2] ding w, jiangy, gao r, et al. high-temperature fiber-optic fabry-perot interferometricsensors[j]. review of scientific instruments, 2015, 86(5): 055001.

[3] fang g, jia p,liang t, et al. diaphragm-free fiber-optic fabry-perot interferometer based ontapered hollow silica tube[j]. optics communications, 2016, 371: 201-205.