光纖傳感器折射率研究分析電子信息專業(yè)

1、 1引言 光纖傳感器保持數(shù)字的優(yōu)勢傳統(tǒng)電傳感器。前者是廉價的，緊湊，重量輕，抗電磁干擾。這導致在生化傳感應用光纖傳感器的需求量很大。近年來，光纖的折射率（RI）傳感器已經(jīng)吸引了很多的關(guān)注，因為你是有用的在許多領(lǐng)域包括環(huán)境監(jiān)測，生物醫(yī)學傳感。兩個光纖布拉格光柵（FBG）和長周期的光柵（LPGS）已被用于在RI光纖傳感器?；赗I傳感器的光纖光柵，光纖光柵是經(jīng)常蝕刻或拋光的增益制導模式的倏逝場進入包圍被測材料 1-3 。隨著光纖光柵型RI傳感器相比，基于LPG 4-7傳感器更適用的因為他們的內(nèi)在耦合機制。一種基于法布里-佩羅特RI傳感器（F-P）干涉儀也有報道 8 。這種傳感結(jié)構(gòu)，利用對干涉條紋測

2、量日最大對比的變化。法朗茲ã 9 提出了一種基于高雙折射儀蝕刻的D型光纖環(huán)鏡。RI測量倏逝場增加了使用蝕刻的D型結(jié)構(gòu)纖維的基于光子晶體光纖的折射，也提出了 10 。然而，這些折射儀的測量原理是利用波長位移來檢測外部RI變化，這是面對溫度交叉敏感的一個大問題。因此，溫度補償是必要的。同時，所獲得的靈敏度在RI傳感結(jié)構(gòu)，這是以前的報告不夠高。因此，光纖折射儀可以在沒有額外的溫度補償部分需要實現(xiàn)高靈敏度的實際應用中是可取的。 在這項工作中，一個傳感頭組成的光纖環(huán)鏡上刻有高雙折射光子晶體光纖（高雙折射光子晶體光纖）提出并被實驗驗證了。高雙折射光子晶體光纖是完全倒塌的剪接點附近，因此在高雙折射

3、光子晶體光纖的包層模式就很興奮，這是敏感的折射率（RI）周圍介質(zhì)。由于低溫光和熱膨脹系數(shù)的高雙折射光子晶體光纖傳感頭，在我們的設(shè)計中的溫度不敏感的。高雙折射光子晶體光纖的倒塌的工作就像一個Mach森德interfermater（MZI），考慮到平面結(jié)構(gòu)，interfermater組合形成，導致高靈敏度。液體的RI值可通過檢測干涉條紋位移測量對應于FLM與MZI。液體的RI值可通過檢測干涉條紋位移測量對應于FLM與MZI。 2 傳感器的制造和操作原則 提出的傳感器頭示意圖是圖1所示。放大的自發(fā)輻射（ASE）14501650nm波長范圍源連接到該FLM的輸入，和輸出光譜與光譜分析儀（OSA的檢測，

4、aq6370，愛德，日本）。的OSA是最高分辨率20PM。在FLM拼接而成（使用一個商用光纖熔接機（藤倉fsm-40s）一段高雙折射光子晶體光纖（lma-10）到22 3dB耦合器的武器。長度在5cm和它的兩端被倒塌的融合拼接兩identicalsingle模式纖維之間的高雙折射光纖（SMF-28）是在耦合器的武器。圖1的插圖顯示的高雙折射光子晶體光纖的截面圖，其中有一個堅實的核心直徑11 m包圍四層與125M.外直徑的空氣。圖1（a）所提出的RI傳感器示意圖；（b）的高雙折射光子晶體光纖的使用等；（C）的局部放大的傳感頭圖。 拼接的光纖到光纖進行了使用商用光纖熔接機（Fujikurafsm-

5、40s）。強烈的電弧放電引起的局部加熱的PCF，導致在熔覆區(qū)的加熱段空氣孔塌陷PCF。它可以從預制拼接點的照片看到，那里的PCF的空氣孔結(jié)構(gòu)塌陷的剪接點附近，在很短的長度的 140M. PCF不再是單一模式由于纖維無芯包結(jié)構(gòu)更在塌陷區(qū)的區(qū)域。當引入光纖基模的傳播到光子晶體光纖的折疊區(qū)域，其模場直徑將被拓寬，由于衍射，允許核心激發(fā)和在完整的光子晶體光纖截面11,12包層模式。然后，興奮的纖芯和包層模式進一步衍射和重新連接回了引出SMF在第二拼接點的核心模式。因此，它就像一種MZI的工作 從ASE輸入光同樣分裂成兩個計數(shù)器的3dB耦合器傳輸光，隨后他們將在耦合器后順時針和逆時針光束周圍的環(huán)。偏振控

6、制器（PC）是用來調(diào)節(jié)兩個光的偏振態(tài)。介紹了反向傳播的光束引起的高雙折射光子晶體光纖的雙折射特性插入的相對相位差。所以當他們干擾產(chǎn)生的重組在耦合器。透射光強度在相位差的術(shù)語可以被描述為， (1)和 (2) 相位差在哪里。是光源的中心波長。我是高雙折射光子晶體光纖的長度。高雙折射光子晶體光纖的雙折射率。是快速和慢速軸的有效折射率，分別為。諧振浸波長滿足方程，其中k是一個隨機整數(shù)。 因此，諧振浸波長可以被描述為， （3） 對應于在頻譜FLM和MZI具有不同的諧振波長的干涉條紋傾角結(jié)果重疊，如圖2所示。 圖2初始的干擾頻譜的RI傳感器 3 實驗和討論 測試基于高雙折射光子晶體光纖傳感器液體里的FLM

7、，熔接的高雙折射光子晶體光纖的崩潰是沉浸在與不同比例的甘油液結(jié)合樣本。通過與標稱精度為0.0001個阿貝折射儀校準液樣本。我們可以得到方程（2）， （3） 波長移放在液體變折射率光纖，是由相應的光子晶體光纖快慢軸的有效折射率變化引起的折射指數(shù)的變化。從方程（3），可以看出，是成正比的。外部RI的變化可以通過測量干涉光譜的波長移位檢測。 作為高雙折射PCF沉浸在液體在室溫范圍從1.41 1.43 RI值的變化（25°C），為FLM的干擾頻譜的變化，如圖3所示?？梢钥闯?，諧振波長的干涉條紋傾角2從1556.11 nm到1549.66 nm。諧振浸波長偏移的的FLM干涉譜作為一個功能的RI

8、變化如圖4所示。它能很好的滿足與理論推導。 圖3在不同的液體里FLM干擾頻譜變化 如圖4所示，如預期的那樣，對FLM的波長偏移與外部的RI變化的線性關(guān)系。由于一個組合干涉結(jié)構(gòu)的使用，實現(xiàn)了306.60.2nm/riu靈敏度高，這是比以前的報告 13 高5倍。均方根偏差值（SD）的線性擬合和測量的數(shù)據(jù)之間的為0.2，這相當于我們的校準測量的不確定性用阿貝折射儀。所提出的RI傳感器的分辨率是6.510-5 RIU由OSA分辨率的限制。大范圍的波長偏移會導致邊緣重疊。因此，測量范圍的FLM干涉光譜條紋間距有限公司。相鄰干擾頻譜之間的波長間隔可表示為4。 在實際應用中，該傳感器的測量范圍可以通過改變光

9、子晶體光纖的雙折射率調(diào)高雙折射。 圖5溫度響應所提出的RI傳感器 RI變化的實驗測量是在溫度控制的環(huán)境中進行的，與溫度的變化是小于0.1°C.所以位移測量溫度引起的誤差可以忽略不計。但在實際的應用中，周圍的溫度并不是一成不變的。溫度對提出的RI傳感器的影響也進行了研究?？偲矫娴牟糠址旁谝粋€溫度控制的容器?？刂葡涞臏囟仍O(shè)定從10增加到100°°C C C 10°步驟如圖5所示，該FLM諧振浸波長有很小的移動，隨著溫度的增加。這個結(jié)果使低熱光和熱膨脹系數(shù)的高雙折射光子晶體光纖的雙折射，并將由溫度變化的影響小。該傳感器的溫度誤差圖如圖6所示。我們選擇了相應的=

10、 1537nm干擾模式，1552nm和1575nm作為實驗參數(shù)。當周圍溫度從10增加到100°°C C，最大溫度誤差0.52nm，0.49nm和0.48nmat 1537nm的波長，1552nm和1575nm，分別。對6.45nm波長變化范圍內(nèi)，溫度變化引起的測量誤差很小，可在實際應用中被忽視的。 圖6圖所提出的傳感器溫度誤差。 4 結(jié)論 我們描述了一個傳感頭由光纖環(huán)鏡上刻有高雙折射光子晶體光纖（高雙折射光子晶體光纖）。由于低溫光和熱膨脹系數(shù)的高雙折射光子晶體光纖傳感頭，在我們的設(shè)計中的溫度不敏感的。高靈敏度（306.6±0.2）納米/ RIU（折射率單位），分辨

11、率為6.5×10-5 RIU已經(jīng)提出的液體折射率傳感器實現(xiàn)的。與其它折射率傳感器相比，該傳感器可以結(jié)合使用干涉結(jié)構(gòu)獲得高靈敏度。由于低溫光和熱膨脹系數(shù)的高雙折射光子晶體光纖傳感頭，在我們的設(shè)計中的溫度不敏感的沒有額外的溫度補償部分的。 5 參考文獻1英國施羅德，W.艾克，R.繆勒，R. willsch，A. Andreev，光纖布拉格光柵折射儀測量，SCIE。和技術(shù)。12（2001）757-764。2W梁，Y Y Y黃，徐，R. K. Lee，A. Yariv，高度敏感的光纖布拉格光柵的折射率傳感器，應用。物理?？靾?。86 2005 15112。3A.印狄西柯，A. Cusano，A

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