沈阳辽海装备有限责任公司, 辽宁 沈阳 110000
提出一种基于双长周期光纤光栅(LPFG）的边孔光纤微流传感器。该边孔光纤(SHF）内有2个空气孔, 是天然的微流体通道, 该微流传感器可进行温度补偿。利用CO2激光器在边孔光纤上写入双LPFG, 其共振波长分别为1 268.7 nm和1 385.8 nm。实验结果表明, 当传感器置于折射率1.335~1.395的甘油水溶液中, 2个LPFG共振峰的折射率灵敏度分别为-88.724 nm/RIU和-79.474 nm/RIU, 温度灵敏度分别为52.0 pm/℃和55.7 pm/℃, 利用折射率和温度灵敏度可推导出传感器的传感矩阵。该文所提出的带有温度补偿的微流传感器具有良好的线性响应度, 可实现折射率和温度的同时测量, 在环境监测和食品安全领域有潜在价值。
长周期光纤光栅(LPFG) 边孔光纤 微流传感器 温度补偿 传感矩阵 long-period fiber grating side-hole fiber microfluidic sensor temperature compensation sensor matrix
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 511443
提出并实现了两种结构的裸露纤芯边孔光纤布拉格光栅（SH-FBGs）的折射率传感器。第一种，采用光纤侧面抛磨法抛磨刻有FBG的边孔光纤（SHF）的一个空气孔，得到D形横截面SH-FBG传感器，在1.380折射率附近灵敏度约为24.0 nm/RIU（RIU为单位折射率）。另一种，通过化学腐蚀法腐蚀刻有FBG的边孔光纤的两个空气孔，得到X形横截面SH-FBG传感器，在1.333~1.340折射率范围内，折射率灵敏度约为15.1 nm/RIU，该数值可通过腐蚀方案进一步得到优化。由于X形SH-FBG传感器对应两个偏振的模式，表现出对外部折射率变化的响应不同而对温度变化的响应相同的特性，因此可作为与温度无关的折射率传感器。设计的两种传感器具有的空气孔可以作为微流通道，有助于实现在线检测和给药，具有结构简单、操作方便等优点，在生物化学、医学等领域中拥有良好的应用前景。
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0106003
中国计量学院 光学与电子科技学院, 杭州 310018
研究了一种基于波长扫描激光器的光纤温度压力测量系统.光纤传感头为边孔光纤光栅，利用其特有的双折射特性产生双反射峰，以实现对温度和压力的同时测量.系统采用嵌入式开发技术，将激光波长扫描、光谱数据采集和以牛顿最小二乘法为核心的光栅解调算法高度整合于一体，极大降低了光纤传感系统的体积与成本.实验结果表明，在温度10~50℃、压力0~1.2 MPa时，双反射峰对应温度与压力的变化均呈现良好的线性响应特性；系统的波长解调准确度可达1 pm，温度及压力的分辨率分别达到0.1℃和0.1 MPa.该系统可为温度、压力的参量测量提供低成本、小型化、性能可靠的解决方案.
光纤传感 温度压力测量 光纤光栅 边孔光纤 扫描激光器 嵌入式系统 寻峰算法 Fiber optic sensors Temperature and pressure sensing Fiber Bragg grating Side hole fiber Wavelength scaning laser Embedded systems Peak-detection algorithm
中国计量学院光电子技术研究所， 浙江 杭州 310018
提出并研究了一种基于乙醇灌注边孔光纤(SHF)的Sagnac干涉型温度传感器。边孔光纤是一种高双折射光纤，其包层中纤芯两侧具有两个空气孔。将乙醇填充进边孔光纤的空气孔中，利用乙醇的折射率随温度的变化，改变边孔光纤的双折射系数，使Sagnac干涉仪的输出谱发生波长漂移，从而实现了温度传感。实验获得该传感器在20 ℃~80 ℃的温度变化范围内灵敏度为86.8 pm/℃，为普通光纤布拉格光栅(FBG)传感器的8倍。
光纤光学 光纤传感器 光纤Sagnac干涉仪 边孔光纤 温度测量 激光与光电子学进展
2013, 50(1): 010601
报道了圆芯边孔光纤(CSF)中应力分布和双折射的研究结果。用有限元法建立了求解圆芯边孔光纤横截面应力和双折射的计算模型,分析了圆芯边孔光纤横截面应力和应力双折射的分布形态,给出了详尽的物理解释。计算结果表明圆芯边孔光纤的横截面上出现应力分量的拉应力区和压应力区,应力区在纤芯附近对称分布,且不同应力区中应力双折射取向不同。应力分量和应力双折射在圆芯边孔光纤横截面上积分为零。圆芯边孔光纤的几何双折射随波长增加而增大,短波长处几何双折射为零,模式双折射等于应力双折射,随着波长增加,模式双折射逐渐偏离纤芯中心处应力双折射而靠近几何双折射,到长波长处模式双折射主要是几何双折射。对于不同材料组成和结构尺寸的圆芯边孔光纤,模式双折射的数值在10-5量级,随波长增加模式双折射先减小后增加。
光纤光学 圆芯边孔光纤 有限元法 模式双折射 应力双折射
1 国防科技大学光电学院, 湖南 长沙 410073
2 海军潜艇学院, 山东 青岛 266071
报道了一种新型边孔光纤及边孔光纤光栅的研究结果。采用有限元法分析了边孔光纤内部的应力分布和双折射数值,并通过波长扫描技术对其双折射进行了测量,理论计算和实验测量结果表明双折射数值达到4×10-5。根据边孔光纤光栅两反射峰偏振态相互正交的特性,提出了一种基于偏振检测的波长检测方案对边孔光纤光栅的传感特性进行了测量。结果表明两峰中心波长间隔随温度变化的灵敏度仅有0.05 pm/℃,是普通单模光纤光栅温度灵敏度的1/184。提出了一种基于横向荷载压力增敏的新型边孔光纤光栅封装装置,使边孔光纤光栅双峰间距的压力灵敏度从5.6 pm/MPa增加到119.14 pm/MPa,增敏21倍,实现了温度不敏感的高灵敏度压力传感。
光纤光学 边孔光纤 光纤光栅 压力传感
对圆芯型边孔光纤固有双折射的研究结果进行了报道。在对边孔光纤固有双折射的产生机理和计算原理进行研究的基础之上,采用有限元法分析了圆芯型边孔光纤的内部应力分布和双折射的大小。研究结果表明圆芯型边孔光纤的几何双折射较小,以应力双折射为主;边孔的存在导致光纤纤芯和包层区域的应力分布发生了较大的变化。文章提出了两边孔的连线方向为边孔光纤的快轴方向,并就不同的边孔结构对光纤双折射的影响进行了研究,发现圆芯圆孔型边孔光纤的固有双折射随边孔张角的增加而成指数关系增长,可通过增大边孔半径和减小两孔间距提高边孔光纤的双折射。
光纤光学 双折射 有限元法 边孔光纤
