基于MOF的光纤法珀干涉仪温度串扰抑制型碘蒸气传感器研究

本研究创新性地提出一种基于双法珀干涉仪(FPI)的光纤游标传感器，通过SMF-HCF-聚合物波导结构实现0-80°C环境下碘蒸气痕量检测。采用PC/PA复合基质掺杂UiO-66-PYDC实现特异性识别（灵敏度77.76 pm/ppb），并利用热光系数(TOC)与热膨胀系数(TEC)的抵消效应将温度敏感性降至-3.35 pm/°C，为核工业放射性碘(129I等)监测提供新方案。

　　

亮点

本研究开发了一种具有温度补偿功能的光纤游标传感器，通过巧妙设计SMF-HCF-聚合物波导结构，结合聚碳酸酯(PC)/聚酰胺(PA)复合基质与UiO-66-PYDC功能材料，实现了对碘蒸气的高灵敏度特异性捕获。

传感器结构与原理

如图1(a)所示，传感器采用单模光纤(SMF)-空心光纤(HCF)-聚合物波导三级结构。当入射光在光纤芯层/空气腔/聚合物波导界面发生菲涅尔反射时，形成三个法珀干涉仪(FPI_1-3)。通过精确控制空气腔长度(L₁=433 μm)与聚合物波导长度(L₂=322.1 μm)的比例，产生游标效应放大检测信号。

温度敏感性的消除机制

温度对FPI₃的影响可通过公式K_T = M·[λ_m/(n₁L₁+n₂L₂)]·(n₂L₂α+L₂β)量化。实验测得PC/PA复合材料的TEC(α=+8.7×10^-5 °C^-1)与TOC(β=-3.5×10^-4 °C^-1)产生协同抵消效应，最终温度灵敏度仅-3.35 pm/°C，较传统传感器降低两个数量级。

结论

该传感器在碘蒸气检测中展现77.76 pm/ppb的超高灵敏度，实际校准精度达10 ppb。由于碘同位素(¹²⁷I/¹²⁹I等)化学性质相似，该技术不仅开创了光纤传感检测碘蒸气的先河，更为核电站放射性碘废气监测提供了革命性解决方案。