基于温度自补偿的光子晶体光纤光栅的应变传感特性研究
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作者:
作者单位:

(中国矿业大学 信息与控制工程学院,江苏 徐州 221116)

作者简介:

刘海(1983-),男,湖北仙桃人,博士,副教授,主要从 事光纤传感与光电技术研究.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(51404268)、江苏省自然科学基金(BK20130206)、高等学校博士学科 点专项科研基金(20130095120020)和江苏省普通高校专业学位研究生实践创新计划项目(S JZZ16_0278)资助项目 (中国矿业大学 信息与控制工程学院,江苏 徐州 221116)


Strain sensing characteristics of photonic crystal fiber Bragg grating based on temperature self-compensation
Author:
Affiliation:

(School of Information and Control Engineering,China University of Mining an d Technology,Xuzhou 221116,China)

Fund Project:

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    摘要:

    在正六边形包层空气孔中填 充特定负折射率温度系数材料,通过温度自补偿实现非温度依赖的应变传感检测。基于耦合 模理论,建立 传感分析模型,结合控制变量法对不同温度和波长下的模式有效折射率进行数值分析。在包 层空气孔填充 不同液体材料,探究基模以及一阶光波模式的谐振波长对温度的不敏感特性,并对PCFBG中 不同光波模 式的温度/应变传感特性进行对比研究。计算结果表明,在包层空气孔填充材料I,环境温度 由-20℃升至100℃,基模光场的反射峰中 心波长仅漂移2.3pm,应变 灵敏度达到1.234pm/με;在包层空气孔 填充材料II, 一阶光波模式仅漂移4.6pm,应变灵敏度为1.311pm/με。表明在光子晶体光纤包层空气孔中填充对应的 温度补偿材料能有效实现具备温度稳定性的高灵敏度应变传感监测。

    Abstract:

    A temperature self-compensating strain sensor is demonstrated by fill ing specific material with negative temperature coefficient of refractive index in the cladding air holes o f hexagonal photonic crystal fiber Bragg grating (PCFBG).Based on coupled mode theory,we establish theore tical analysis model. And then,combined with control variable method,we make an numerical analysis a bout the change of effective refractive index in different temperatures and wavelengths.Through ins erting different liquid materials in the cladding air holes,we find that the resonance wavelength of fu ndamental mode or the first-order optical mode cannot be sensitive to the temperature.On the basis o f that,we study temperature and strain sensitivity sensing properties of different modes in PCFB G.The experimental results show that when the environment temperature is increased fro m -20℃ to 100℃,the reflection spectra of fundamental mode drift 2.3pm and the sensitivity of strain is up to 1.2348pm/με when filling material I in the cladding air h oles;those of the first-order mode drift 4.6pm and the sensitivity of strain is up to 1.3118pm/με when filling material II in the cladding air holes.As a result,it can achieve temperature insensitive strain measurement when to specific material with negative temperatu re coefficients refractive index is filled in the cladding air holes of photonic crystal fiber.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

谭策,马翰林,冷乐蒙,朱晟昦,王琰,高源,刘海.基于温度自补偿的光子晶体光纤光栅的应变传感特性研究[J].光电子激光,2017,28(1):12~18

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  • 收稿日期:2016-03-03
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  • 在线发布日期: 2017-03-21
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