1 南京信息工程大学 电子与信息工程学院, 南京 210044
2 南京师范大学 计算机与电子信息学院/人工智能学院, 南京 210023
3 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心, 南京 210023
提出并制备了一种基于游标效应的高灵敏度光纤马赫-曾德尔应变传感器。该传感器由两个自由光谱范围相近的马赫-曾德尔干涉仪并联构成。其中单个马赫-曾德尔干涉仪是由一段无芯光纤和一段少模光纤拼接在两根单模光纤之间制成的。两个马赫-曾德尔干涉仪的自由光谱范围相近而不相等, 并联叠加后产生游标效应, 达到增敏的效果。实验结果表明, 在0~166.667με的应变范围内, 单个干涉仪的应变灵敏度为-1.90pm/με, 两个干涉仪并联叠加谱包络的应变灵敏度为12.06pm/με。该传感系统采用并联方式实现游标效应, 具有制作简单、灵活性高、灵敏度高等优点, 可广泛应用于精密测量领域。
马赫-曾德尔传感器 少模光纤 游标效应 应变 Mach-Zehnder sensor few-mode fiber vernier effect strain
南京信息工程大学 电子与信息工程学院, 南京 210044
全光纤马赫-曾德尔干涉仪的制作工艺包括对光子晶体光纤和单模光纤的切割、熔接以及拉锥。文章首先运用接触力学理论, 对V型槽内的光子晶体光纤内部应力进行分析, 推导出光子晶体光纤内部最大的应力点位于平行于接触面的最外层空气孔处, 采用有限元分析验证了此结论, 并给出了光子晶体光纤内部应力分布图和应变分布图, 计算出了进行光子晶体光纤切割、熔融固定时的最大载荷。然后对内部具有球形空气腔的光纤进行受力分析, 推导出光纤内部最大的应力点位于空气球边缘上距离光纤表面最近处, 有限元分析验证了此结论, 并给出了光纤受拉力后的内部应力分布图和应变分布图, 为制造纤内纺锤形空气腔提供了理论基础。
马赫-曾德尔干涉 光子晶体光纤 V型槽 空气球 应力 应变 Mach-Zehnder interference photonic crystal fiber V groove air balloon stress strain
南京信息工程大学 电子与信息工程学院, 南京 210044
设计了一种基于光纤纺锤型空气腔的三明治结构全光纤马赫-曾德尔折射率传感器。纺锤型空气腔是通过普通单模光纤和光子晶体光纤熔接后再拉锥形成的。锥区的纺锤型空气腔和包层分别作为参考臂和传感臂, 从而形成马赫-曾德尔干涉。基于FDTD Solutions和COMSOL仿真软件分别对传感器的干涉条纹及锥区电场分布进行了仿真, 得到了折射率传感器干涉条纹波谷波长和有效折射率与环境折射率的关系。当环境折射率为1.36~1.37和1.37~1.38时, 灵敏度分别为1377.6和1436nm/RIU。此传感器具有极短的干涉臂, 能够降低损耗, 且具有较高的折射率灵敏度。
光纤传感 全光纤 马赫-曾德尔干涉 折射率传感器 fiber sensing all-fiber Mach-Zehnder interference refractive index sensor
