0106003-1研究论文第43卷第1期/2023年1月/光学学报FP腔与MZI级联的三参量同时测量的光纤传感器彭敏，鲁志琪，刘昌宁*湖北师范大学物理与电子科学学院，湖北黄石435002摘要制作了敏感材料修饰的拉锥光纤与微腔级联的多参量光纤传感器，并用实验研究了其应变、温度和湿度特性。所提微腔由飞秒激光划线放电形成，并对其进行拉锥。传感器的反射光谱干涉峰对应变的变化敏感，实验结果表明应变灵敏度为4.8pm/με。然而，该结构对温度与湿度均不敏感，在该结构的锥部涂覆了掺入石墨烯量子点的聚乙烯醇之后，温度和湿度的灵敏度明显提升，此时最大温度灵敏度为20.4pm/℃，最大相对湿度灵敏度最大为14.6pm/%。对Dip1、Dip2、Dip3进行分析，再利用三阶矩阵消除交叉敏感，能够同时测量应变、温度和湿度。关键词光纤光学；光纤传感器；应变；温度；相对湿度；石墨烯量子点；聚乙烯醇中图分类号O439文献标志码ADOI：10.3788/AOS2211931引言光纤传感器不仅具有重量轻、尺寸小和抗电磁干扰等优点，而且使用的光缆也比电子传感器的电缆有更低的热损耗或更高的数据带宽［1-2］。根据原理分类，光纤传感器有许多不同种类：光纤布拉格光栅（FBG）应用广泛但光栅刻写较为复杂；基于特种光纤的传感器价格较为昂贵，熔接程序复杂；干涉仪型光纤传感器，包括法布里-珀罗干涉仪（FPI）、马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和迈克耳孙干涉仪（MI）等，其中MZI和FPI应用较为广泛［3-4］。MZI有着耦合效率较高、易于对准和成本低的优点［5-6］，其中基于锥形结构的MZI传感器具有高灵敏度、低损耗、大倏逝场和快速响应等优点。光纤应变传感器在航空航天、纳米技术等领域中有广泛的应用［7］，如：Dong等［8］提出了基于锥形空芯的高灵敏度应变光纤传感器，其应变灵敏度为2.7pm/με；Dong等［9］提出了基于全光纤MZI的应变传感器，其灵敏度为-2.21pm/με。湿度与温度是环境测量的两个重要参数，而石英光纤对于温度与湿度通常是传而不感，对于敏感材料是感而不传。为了提高传感器的灵敏度，通常会在传感头上涂覆敏感材料，最终达到既能感又能传的效果。湿敏材料如聚乙烯醇（PVA）是高度亲水性材料，其厚度和折射率可通过水蒸气改变，并且易涂覆在光纤上［10-12］。另外，石墨烯以其优异的性能吸引了大量研究人员的关注，在光纤传感器中的应用变得异常丰富［13-20］。石墨烯量子点（GQDs）是一种由单层或多层石墨烯组成的新型碳纳米材料，同时具有石墨烯和量子点的特性，其优异的热光性能...
