细芯光纤M-Z干涉传感器多参数测量研究
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作者:
作者单位:

(中国计量学院 光电技术研究所,浙江 杭州 310018)

作者简介:

董新永(1975-),男,山东莒县人,研究员,主 要从事光纤通信与光纤传感研究.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(61475147)、浙江省自然科学基金(Z13F050003)和中国科学院天文光学 技术重点实验室开放课题基金资助项目 (中国计量学院 光电技术研究所,浙江 杭州 310018)


Thin-core fiber M-Z interferometer sensor for multi-parameter measurement
Author:
Affiliation:

(Institute of Optoelectronic Technology,China Jiliang University,Hangzhou 310018,China)

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    摘要:

    实验制备了基于细芯光纤(TCF)的马赫-曾德尔干 涉仪(MZI)并进行了多参数测量传感研究。 传感器采用两段单模光纤(SMF)进行腰椎放大连接细芯光纤,形成MZI结构。利用TCF与SMF 的纤芯直径不匹配,在第1个接点激发出包层模式,包层模在第2个接点耦合进纤芯与纤芯 模产生 干涉,利用干涉条纹的波长漂移实现对外界环境参量的测量。实验所用的TCF纤芯的掺Ge浓 度较高(约为38mol.%),相对折射率和热光系数较普通SMF大,所以在保证 适当的自由光谱范围(FSR) 的前提下,TCF的长可以减小到2mm,传感头尺寸较小,且传感结构对于温度的变化十分 敏感。 实验结果表明,在30~250℃的温度范围内,其温度灵敏度为70.2pm/℃,并具有较好的线 性响应度。测试了传感器对折射率、应变和弯曲的响应,获得的灵敏度分别为-8. 12nm/RIU、1.8pm/με和2.07nm/m-1。

    Abstract:

    A Mach-Zehnder interferometer (MZI) based on thin-core fiber is experimen tally demonstrated and used for measurement of temperature,strain,surrounding refractive index and bending.Th e thin-core fiber (TCF) was sandwiched between two single mode fibers (SMFs) through two waist-enlarged bit apers to form an MZI.Due to the core diameter mismatching between the two fibers ,cladding modes are excited at the first splicing point and then coupled into the fiber core at the second splicing point to generate interference. Wavelength shift of the interference fringes was used to measure the change of a mbient parameters.Since the core of the TCF contains Germania with mode percent of 38%,it has a relatively h igher differential refractive index and higher thermal-optic coefficient compared with normal fibers.As a result,by ensuring an appropriate free spectral range (FSR),relatively short length of sensing fiber (2mm) an d relatively higher temperature sensitivity can be expected. Experimental results show that the temperature sensitivity is up to 70.2pm/℃ i n a range from 30℃ to 250℃.The sensor responses to refractive index,strain and bending were also measured,and the achieved sensitivities are -8.12nm/RIU,1.8pm/με and 2.07nm/m-1, respectively.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

周孟晖,董新永,杨菁怡,李裔,张淑琴,金尚忠.细芯光纤M-Z干涉传感器多参数测量研究[J].光电子激光,2016,27(6):587~592

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  • 收稿日期:2015-12-21
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  • 在线发布日期: 2016-06-23
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