基于光纤锥和多模渐变光纤的马赫-曾德尔干涉仪的传感特性研究
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乔学光(1955-),男,陕西佳县人,教授,博士生导师, 主要从事光纤光学、光纤传感、光纤通信及光电子学等领域的教学等方面的研究.

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国家自然科学基金(61327012、61275088、61077060)、教育部科技创 新项目(Z08119)和陕西省教育厅重点实验室科研计划(12JS077)资助项目 (1.西安石油大学 光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西 西安 710065; 2.西北大学 物理系,陕西 西安 710069)


A fiber Mach-Zehnder interferometer based on waist-enlarged fiber taper and graded-index multimode fiber
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    摘要:

    提出了一种基于光纤锥和纤芯失配光纤结构的马 赫-曾德尔干涉(MZI)传感器。在距离单模光纤(SMF)锥 25mm处熔接一段长30mm的多模渐变光纤(GI MMF),形成SMF-光纤锥-SMF- GI MMF-SMF结构。其中,光纤锥起到增加包层模能量的作用,GI MMF为传感臂。传感器外 界环境温度、折射率及应 力的改变都会使传感器的纤芯基模和包层模的光程差发生改变,从而引起传感器干涉谱发生 变化,通过监 测干涉谱的变化可以实现对外界物理量的测量。实验研究结果表明,当环境溶液温度在30~89℃范围内变化 时,传感器的温度灵敏度为78.6pm/℃,线性度为0.997;环 境溶液折射率在1.333~1.394 变化范围内,传感 器的折射率灵敏度为81.48 dB/RIU,线性度为0.989;轴向应变在0~933.3με变化范围内,传感器的应变灵敏 度为0.33×10-2 dB/με,线性度为0.998。本文传感器可以实现多个物理量的同时区分测量。

    Abstract:

    An in-fiber Mach-Zehnder interferometer (MZI) based on waist-enlarged fibe r taper and graded-index multimode fiber is proposed and demonstrated in this paper.The sensor head is f abricated by fusion splicing a 30mm graded-index multimode fiber with a fiber taper,and the distance between the m is 25mm,thus forming SMF-taper-SMF-GI MMF-SMF fiber structure.The optical fiber ta per can increase cladding mode energy,gradient multimode optical fiber serves as sensing arm,and the changes of the ambient temperature,refractive index and the axial stress will make the sensor core mode and cladding mode of o ptical path difference varied, causing interference sensor spectral change.Monitoring the spectra vari ation can determine the ambient physical parameters.The experimental results show that the temperature sensitiv ity of the sensor is 78.6pm/℃ with a linearity of 0.997in the water temperature range of 30-89℃;the refr active index sensitivity is 81.48dB/RIU with a linearity of 0.989in the refractive index range of 1.333-1.394R I U;the strain sensitivity is 0.33× 10-2 dB/με with a linearity of 0.998in the strain range of 0-933.3μ ε.The sensor has advantages of simple fabrication,low cost,simultaneous measurement of multiple physical parameters.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

张芸山,乔学光,邵敏,李辉栋,傅海威,荣强周,赵娜.基于光纤锥和多模渐变光纤的马赫-曾德尔干涉仪的传感特性研究[J].光电子激光,2014,(9):1662~1667

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  • 收稿日期:2014-06-05
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