同时测量扭转角度和扭转方向的侧漏光子晶体光纤扭转传感器-物理学报.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 9 (2013) 090701 同时测量扭转角度和扭转方向的侧漏光子晶体 光纤扭转传感器* † 娄淑琴 鹿文亮 王鑫 ( 北京交通大学电子信息工程学院, 北京 100044 ) ( 2012 年10 月11 日收到; 2012 年12 月4 日收到修改稿) 基于所研制的侧漏型光子晶体光纤, 提出并构建了出一种同时检测扭转角度和扭转方向的高灵敏度Sagnac 干 涉仪型光纤扭转传感器. 顺时针扭转时, 传感器传输谱向短波长方向偏移; 逆时针扭转, 向长波长方向偏移. 对传感 器扭转特性的实验研究结果表明, 构成Sagnac 干涉仪的侧漏型光子晶体光纤的长度, 对扭转敏感系数和扭转角度测 量范围起着决定性作用. 当光纤长度较短时, 扭转传感器具有较大的扭转灵敏度, 但扭转角度测量范围较小; 光纤长 度增加时, 扭转灵敏度减小, 扭转角度测量范围增大. 当构成Sagnac 干涉仪的侧漏型光子晶体光纤长度为 14.85 cm ◦ ◦ ◦ 时, 传感器的扭转敏感系数可达到0.9354 nm/( ), 扭转角度测量范围为–90 —90 ; 光纤长度为32 cm 时, 最大扭转敏 ◦ ◦ ◦ 感系数降为0.2132 nm/( ), 扭转角度测量范围扩展至–180 —180 . 采用二维测量矩阵法可以有效排除温度对扭转 角度的测量的影响. 关键词: 光纤传感器, 侧漏型光子晶体光纤, 扭转传感器, Sagnac 干涉仪 PACS: 07.07.Df, 42.79.Gn, 78.67.Pt, 07.60.Ly DOI: 10.7498/aps.62.090701 6 了基于PCF 长周期光纤光栅的扭转传感器 、基 7 8 1 引言 于双模双折射PCF 和保偏光纤 的模式干涉型 扭转传感器、基于空心光子带隙PCF 偏振器的扭 9 扭转角度和扭转方向等扭转量是大型建筑结 转传感器 和基于PCF 的Sagnac 干涉仪的扭转 构健康监测和许多传感应用领域关注的一个重要 传感器 10−12 . 在这些基于PCF 的扭转传感器中, 参量. 传统扭转传感器, 如光编码器和磁性传感器 Sagnac 光纤干涉仪型扭转传感器因结构简单、易 1 ˜ 等 , 因尺寸较大不易于埋入结构中限制了其应 于制作和传感测量而被寄予厚望. 2008 年, Frazao 用范围. 光纤扭转传感器, 结构紧凑, 易于埋入工程 等基于保偏边孔PCF 首先进行了Sagnac 干涉仪扭 10