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长周期光纤光栅的折射率梯度响应特性

Response characteristics of refractive-index gradient based on long-period fiber gratings

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摘要

通过模式耦合理论, 建立了基于长周期光纤光栅(LPFG)的二层圆光波导模型; 结合传输矩阵法, 仿真得到了外部介质折射率呈线性分布情况下LPFG的透射谱。仿真结果表明: 该结构下的LPFG透射谱特性强烈依赖于外部介质折射率梯度, 当外部介质折射率梯度升高, 透射谱的损耗峰深度逐渐降低, 损耗峰3dB带宽逐渐增加, 且增加量与折射率梯度的增加量呈较好的线性关系; 当外部折射率梯度由1.111 1×10-7 riu/mm增加到1.111 1×10-5 riu/mm时, 其梯度灵敏度可达到2.2×107 nm·mm/riu。这一结果使折射率梯度的高灵敏度测量成为可能, 为设计和制作基于LPFG的折射率梯度传感器提供了一定的理论依据,并有望用于生化反应中微小尺度下折射率呈梯度分布的液相介质的测量。

Abstract

A two-layer circle waveguide model based on Long-period Fiber Gratings(LPFG)was established according to the coupling theory. The transmission spectrum of a LPFG in external media with linear Refractive Index(RI) gradient distribution was obtained by using the transfer matrix method. Simulation results show that the transmission spectral characteristics of the LPFG are strongly dependent on the RI gradient distribution of external media. When the RI gradient of external media increases, the loss depth of the transmission spectrum decreases, the 3dB bandwidth increases, and there is a good linear relationship between bandwidth and RI gradient increment. When the RI gradient of external media increases from 1.1111 × 10-7 riu/mm to 1.111 1 × 10-5 riu/mm, the gradient sensitivity can reach 2.2×107 nm·mm/riu. This result allows the high sensitivity measurement of refractive index gradient to become possible, and provides a theoretical basis for the design and production of the RI gradient sensors based on LPFGs. It may be potentially suitable for application to the measurement of biochemical reactions in the small scale liquid refractive index(RI) gradient distribution.

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补充资料

中图分类号:TN253

DOI:10.3788/ope.20132102.0316

所属栏目:现代应用光学

基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.51276209; No.50876120); 重庆高校创新团队建设资金资助项目(No.201023)

收稿日期:2012-08-30

修改稿日期:2012-11-01

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

赵明富:重庆理工大学 电子信息与自动化学院, 重庆 400054
韩汐:重庆理工大学 电子信息与自动化学院, 重庆 400054
罗彬彬:重庆理工大学 电子信息与自动化学院, 重庆 400054
王博思:英国布里斯托大学, 工程学院, 英国 布里斯托 BS8 1TR
全晓莉:重庆理工大学 电子信息与自动化学院, 重庆 400054

联系人作者:赵明富(zmf@cqut.edu.cn)

备注:赵明富(1964-), 男, 重庆人, 博士, 教授, 硕士生导师, 电子科技大学兼职博士导师, 2003年于西安交通大学获得硕士学位, 2007年于重庆大学获得博士学位, 主要从事现代光电检测技术及仪器、生化信息获取与智能传感方面的研究。

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引用该论文

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被引情况

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