同时测量温度和折射率的光纤传感器
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作者:
作者单位:

(中国计量学院 光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018)

作者简介:

倪凯(1977-)男,陕西西安人,博士,副教授,主要研究 领域包括光纤光栅传感、光谱检测、光辐射测量和LED应用研究等.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(11404310)和浙江省自然科学基金(LY13F050004)资助项目 (中国计量学院 光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018)


Simultaneous temperature and refractive index measurement based on optical fiber senor
Author:
Affiliation:

(College of Optical and Electronic Technology,China Jiliang University,Hangzhou 310018,China)

Fund Project:

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    摘要:

    提出了一种基于马赫-曾德干涉仪(MZI)的温 度与折射率同步测量的光纤传感器。本文传感器结构由两个球形结构级联一个锥结构组成, 球形结构激发高阶包层模,锥结构扩大了倏逝场穿透深度范围。其原理是当纤芯中传输的光 通 过第1个球形结构时,一部分光进入包层中传输形成包层模,另一部分光继续在纤芯中传输 形成纤芯模,由于纤芯与包 层具有不同的折射率,因而纤芯模和包层模之间产生光程差,当两部分光到达另一端的球形 结构时,在包层中传输的光 耦合进入纤芯,从而与纤芯中传输的光在另一球出射处发生干涉,当外界环境(如温度、折 射率等)发生改变,影响光程 差,则干涉谱也将随之改变。实验结果表明,本文传感器结构的透射谱中,干涉峰对温度和 折射率具有不同的响应灵敏度,因此可 以利用矩阵法实现对温度和折射率的同步测量。在10~100℃和1.343~1.402RIU(refractive index unity)的测量范围 内,强度解调可以达到约0.22℃和1×10-4RIU温度和折射率分辨率。同时发现,波长解调可以达到0.37 ℃温度分辨率。本文传感器结构简单紧凑、成本低,可适用于多领域实现温度和折射率的双 参量同步测量。

    Abstract:

    An optical fiber sensor based on Mach - Zehnder interferometer (MZI) is proposed and experimentally demonstrated for the measurement of temperature and refractive index simultaneously.It is composed o f a pair of spherical-shape structures and an embedded taper,where the spherical -shape structure excites high-order cladding modes,and the taper enhances the penetration depth range of evanescent field.When the light launching in the core encounters spherical-shape 1,part of light is excit ed into cladding forming cladding modes,while other light continues transmitting in the core forming fundamental mode.The fund amental mode and cladding modes have optical path difference because of different refract ive indices.And the cladding modes could recouple with the fundamental mode and interfere at the spherical-shape 2.Experimental results show that the interference peaks of the transm ission spectrum have different sensitivities to temperature and refractive index,so that a matrix can be used t o achieve the simultaneous measurement of the temperature and refractive index.Within the range of 10-100℃ and 1.3432-1.4026RIU,temperature resolution and refractive index resolution of ~0.22℃ and 1×10-4RIU can be ach ieved by intensity-modulation.We also find that the temperature resolution is 0.37℃ by wavelength-modulation.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

马启飞,倪凯,黄然.同时测量温度和折射率的光纤传感器[J].光电子激光,2017,28(2):123~127

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  • 收稿日期:2016-05-20
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  • 在线发布日期: 2017-03-20
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