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具有大范围高分辨率线性响应特性的超短无芯光纤溶液折射-物理学报
物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 15 (2013) 150703
具有大范围高分辨率线性响应特性的超短无芯
光纤溶液折射率传感器*
12† 1 1 1 1 1 2
郑晶晶 简水生 马林 柏云龙 裴丽 宁提纲 闻映红
1) ( 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044 )
2) ( 北京交通大学电磁兼容实验室, 北京 100044 )
( 2013 年4 月22 日收到; 2013 年5 月16 日收到修改稿)
通过理论与实验对比, 证明模式传输分析(MPA) 方法求解单模-多模-单模(SMS) 结构的可行性. 以MPA 理论
为基础, 提出了SMS 结构折射率传感装置线性响应点的寻找方法. 利用该方法为实验制作的无芯光纤SMS 折射率
传感器设计了大范围高分辨率线性响应位置, 并在实验中获得证实. 实验采用短至4.4 mm 的直径104 m 无芯光
纤, 在折射率1.326—1.417 范围上获得了19.10 dB 的功率线性变化, 以商用光功率计0.01 dB 分辨率计, 折合折射率
分辨率476 × 10−5 , 实现了理论指导下的大范围高分辨率线性响应.
关键词: 全光纤折射率传感器, 多模干涉仪, SMS, 无芯光纤
PACS: 07.07.Df, 42.81.Pa, 07.60.−j, 07.60.Ly DOI: 10.7498/aps.62.150703
稳定等独特优点.
1 引言 基于SMS 结构的外界折射率传感装置, 在信
号提取上有两种方式. 一种方式是跟踪给定的峰值
基于无包层多模光纤(multimode fiber, MMF) 7
或谷值 波长随折射率的变化, 通过分析峰值/谷
的单模-多模-单模 (single mode fiber-MMF-single 值波长确定外界折射率的大小. 这种方法最为直观,
mode fiber, SMS) 结构全光纤多模干涉仪 (multi- 因此在现有研究中出现较多. 然而这种信号提取方
mode interference, MMI) 在折射率传感上的应用已 式有两个重要的不利因素: 其一是该方法必须对输
经吸引了研究者们的大量关注. 在 SMS 结构中, 出谱进行分析以确定峰值/谷值位置, 这就要求系统
MMF 段传输的模式能够受到外界环境变化的强 必须配备昂贵的OSA 设备, 特别是考虑到SMS 结
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烈影响, 因此可以被用于包括弯曲 、液位 、湿 构低成本的优势, 这对降低系统造价、提高价格竞
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度 、温度及应力 , 以及外界折射率 等多 争力非常不利. 这种信号提取方式的另一个不利因
种环境参量的监测. 基于SMS 结构的全光纤折射 素是, 峰值/谷值波长随外界折射率变化的关系并非
率传感器不仅具备全光纤传感器抗电磁干扰、质 线性的, 而是变化速度不断增加的单调增关系. 这
量轻、尺寸小、精确度高、结构灵活、可实现在 就意味着很难通过简单表达式确定波长与折射率
线实时连续监测的特点, 与可用于光纤折射率传 的对应关系, 增加了系统实际使用的难度.
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