基于光纤光栅的模间干涉仪传感特性研究

研究了基于光纤光栅的光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)模间干涉仪的传感特性,阐述了模间干涉的基本原理,通过在PCF中填充水来改善其传感特性,得到了一种基于光纤光栅的传感灵敏度较高的模间干涉仪。仿真实验表明,基于长周期光栅的温度传感器,获得的条纹清晰对温度敏感度高,且损耗足够小,具有一定的应用价值。     

填充温敏液体的带隙型光纤温度传感特性研究北大核心

高折射率棒光子带隙光纤受高折射率填充材料的影响很大,对温度、外加电场等参数非常敏感。为获得高灵敏度的光子晶体光纤温度传感,提出了在其包层空气孔注入温敏液体的方法,并利用全矢量有限元法对提出的方法进行了仿真。仿真结果表明,随着温度的升高,光纤的有效折射率减小,模场面积增大,温度灵敏度能达到20.2dB/m/℃。     

基于液体填充的光子晶体光纤温度传感特性分析

提出了一种基于在折射率引导型光子晶体光纤(PCF)中填充高折射率温度系数液体的新型折射率型光纤温度传感器.通过建立理论模型,设定入射波长和材料参数及完美匹配层边界条件,采用全矢量有限元法对六角形结构排列的折射率引导型光子晶体光纤的温度特性进行了分析.研究表明,在空气孔中填充液体乙醇,PCF模场分布随着温度变化明显,其有效折射率和限制损耗都随着温度升高而减小.相同的孔间距,占空比越大,输入波长越长,有效折射率和限制损耗受温度影响越大.当波长为1500 nm,占空比为0.7,温度从-20℃升至70℃时,限制损耗从3.5×102dB/m减小到22 dB/m.     

双芯光子晶体光纤温度传感特性的研究

设计了一种双芯光子晶体光纤(PCF),并在其两个纤芯中填充混合热敏液体,采用全矢量有限元法和光纤模式耦合理论,研究了温度对填充后PCF的有效折射率、双折射、耦合长度以及限制损耗的影响。研究表明,参量对温度比较敏感,且PCF双折射达到10-3数量级。     

一种高灵敏光子晶体光纤温敏特性的研究

提出一种新型混合晶格结构的高双折射PCF(光子晶体光纤),该光纤的截面由矩形空气孔和圆形空气孔混合排列而成。使用基于有限元法的Comsol软件研究了该光纤在空气孔填充温敏液体时光纤的双折射特性随温度的变化关系。研究结果表明,用乙醇液体填充纤芯区域的圆形空气孔,当空气孔间距Λ为1μm,圆形空气孔直径D为0.96μm,矩形空气孔长宽比a/b为4时,工作波长λ为1 550nm的PCF的温度灵敏度达到10-5数量级。该光纤可用于高灵敏度PCF温度传感器。     

基于SPR效应的金-PDMS涂覆光子晶体光纤高灵敏度温度测量

通过在光子晶体光纤(PCF)包层外侧填镀金纳米膜及PDMS温敏薄膜,设计了一种基于表面等离子体共振(SPR)效应的高灵敏度温度传感器,具有结构简单、工艺成熟、可逆性好的优点。PDMS的有效折射率会随温度的增加而减小,从而引起纤芯模式的损耗峰向短波方向移动。在完全匹配层边界条件下,利用全矢量有限元法分析SPR-PCF的损耗谱特性,实现了温度的高灵敏度精确快速测量。在22~47℃的温度范围内,所提传感器的温度灵敏度可达到-8.18 nm/℃,这种传感测量方法能拓展应用于各类安全检测和智能监测领域。     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤折射率传感器的设计与分析

为了实现光子晶体光纤在近红外波段下的高灵敏度传感,设计了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤(SPR-PCF)折射率型传感器。光纤内部的空气孔呈六边形排列,金纳米层完全包覆光纤外璧并与圆形待测物通道接触。利用有限元矢量软件COMSOL对SPR-PCF传感器的光学特性进行数值模拟仿真,得到不同待测物折射率的共振波长并绘制出纤芯损耗光谱,通过纤芯损耗光谱来对SPR-PCF传感器的传感特性进行分析。实验结果表明,其折射率测量区间为1.31~1.38,最大光谱灵敏度为104 nm/RIU,最大振幅灵敏度为200RIU-1,折射率测量精度为2.94×10-5RIU。     

选择性填充的光子晶体光纤传感特性研究

针对填充时利用不同填充结构材料对光子晶体光纤(photonic crystal fiber,FCF)传感特性的影响进行了研究,通过建立理论模型,利用有限元模拟对填充后的FCF的温度特性进行了分析。研究表明,填充折射率匹配液后,光纤传感器的温度灵敏度明显增大,对于相同的填充结构,填充占空比越大,输入波长越长,传感器的温度灵敏度越高。     

一种Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器

采用Sagnac干涉仪结构,设计了一种高双折射光子晶体光纤环镜温度传感器。光子晶体光纤温度稳定性好,通过向高双折射光子晶体光纤空气孔填充热光系数高的液体材料乙醇,从而实现温度传感的目的。采用平面波展开法,分析了高双折射光子晶体光纤的双折射与传输波长和温度的关系。理论分析表明,填充乙醇后,高双折射光子晶体光纤的双折射随着传输波长和温度的增加而增加,且双折射与温度成线性关系。实验中将一段填充乙醇的高双折射光子晶体光纤与3 dB耦合器熔接制作成Sagnac干涉仪结构的光纤环镜,当温度从 45 ℃升至80 ℃时,光谱仪上观察到凹点λi向短波方向漂移了309.280 nm,温度灵敏度高达8.837 nm/℃。     

光子晶体光纤液压传感技术研究进展

基于光子晶体光纤(PCF)的液压传感技术具有灵敏度高、抗干扰能力强、适应恶劣环境等优点,具有重要的研究意义和广泛的应用前景,因此受到研究人员的特别关注。在简要介绍PCF液压传感基本原理的基础上,重点回顾了几种典型的PCF液压传感技术,即双折射PCF液压传感技术、PCF光栅液压传感技术、法布里-珀罗(Fabry-P’erot)腔PCF液压传感技术、双芯PCF液压传感技术,分别介绍了这四种液压传感技术的原理与技术方案,并对各自的性能进行了分析、比较和总结。最后简要归纳了PCF液压传感技术的研究现状及未来发展趋势。     

基于强度检测的HiBi-PCF-FLM温度不敏感应力传感器

提出一种基于强度检测的高双折射光子晶体光纤环镜(HiBi-PCF-FLM,highly birefringent photonic crystal fiber loop mirror)温度不敏感应力传感器。利用PCF对温度的不敏感性,把一小段HiBi-PCF传感光纤插入到FLM中,可实现温度不敏感应力传感。利用应力作用引起FLM透射光谱移动的特性,由DFB激光作为入射光源,使用光功率计检测经过FLM后的透射光强度,实现基于强度检测的应力传感。当输入波长为1547 nm时,作用于PCF应力与经过FLM后透射光强度的关系可拟合为二次函数,其与实验数据的拟合度高达0.9995。     

基于光子晶体光纤长周期光栅的传感器研究

详细研究了光子晶体光纤长周期光栅(LPG-PCF)的应力和温度特性,利用成功制作的温度不敏感PCF-LPG,实现了两种结构简单光纤传感器.在温度不敏感应力传感器中,PCF-LPG作为温度不敏感的应力传感头,当以波长为1553nm的分布反馈(DFB)激光器为入射光源、用分辨率为0.001dB的光功率计测量时,PCF-LP...     

选择性填充光子晶体光纤应变特性研究

微结构的光子晶体光纤,通过填充光敏等功能材料,具有可调谐、全光纤结构和易于集成等优点,是光纤光子器件发展的重要方向.毛细管法将高折射率的匹配液,填充到空心光子晶体光纤中邻近纤芯的空气孔中,两端熔接单模光纤,制成高灵敏的应变传感器.实验表明,当填充30mm长,折射率为1.508的匹配液时,测得应变灵敏度约为每应变4.36pm.实验结果与仿真结果相符,这种装置可用于高灵敏的应变传感.     

Temperature measurement based on photonic crystal modal interferometer

Based on the interferences between core modes and cladding modes in photonic crystal fiber (PCF),a novel temperature sensor is presented and experimentally demonstrated.The peak wavelength of the interference spectrum linearly increased with an increase in temperature.A measurement sensitivity of 10.38 pm/℃ was experimentally achieved for temperatures ranging from 30℃ to 100℃.Experimental results also indicate that the curvature and transverse load do not have a distinguishable influence on the transmission spectrum of the proposed fiber sensor,which ensures its applicability for practical applications.     

光子晶体光纤的设计与应用研究综述

光子晶体光纤具有较强的可设计性,一般通过改变光子晶体光纤包层中空气孔的大小、形状或者排列方式对光纤的传输特性进行调节,以此实现高双折射、高非线性、平坦色散及低限制性损耗等特性。光子晶体光纤的传输特性在不同领域中具有较大的应用价值,如分布式传感、飞秒激光器和气体传感器等。文章首先介绍了光子晶体光纤的结构特征以及与普通单模光纤的区别,在此基础上针对各种典型的光子晶体光纤结构分析了其色散和非线性等传输特性。详细介绍了基于光子晶体光纤的分布式光纤传感、飞秒激光器和气体传感器的传感机理以及达到的传感性能,并与非基于光子晶体光纤的传感器的传感性能进行了比较,验证了基于光子晶体光纤传感器的优异性能。最后对光子晶体光纤的发展及应用进行了总结与展望。     

A new photonic crystal fiber gas sensor based on evanescent wave in terahertz wave band: design and simulation

In this paper, we present the design of a new photonic crystal fiber （PCF） gas sensor for evanescent-field sensing in terahertz （THz） wave band. This sensor can be used to identify the gas, and its size is very large, so that it is beneficial to fill it with the test substance. Based on simulation, we demonstrate that the gas sensor using PCFs with four noncir- cular large holes in the cladding has high sensitivity and low loss, the confinement loss is less than 0.007 dB/m, and the bending loss is very small. The new PCF gas sensor can detect kinds of gases, for example, if test gas is water va- por, it has obvious absorption peaks in THz band, and the sensitivities of gas sensor are 64% and 73% at 1.097 THz and 0.752 THz, respectively. Due to the ultra-low loss and high sensitivity of the model, the novel steering-wheel structured fiber is very suitable for evanescent-field sensing and the detection of chemical and biological products.     

基于氧化锡铟纳米薄膜的圆形晶格光子晶体光纤折射率传感器

为了实现近红外波段的高灵敏度传感,设计并研究了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤(Surface Plasmon Resonance Photonic Crystal Fiber,SPR-PCF)折射率传感器.该光纤横截面的空气孔排列方式是圆形晶格,呈现出向 日葵形状.光纤包层的外壁淀积了氧化锡铟(Indium T...     

反射式掺杂液晶光子晶体光纤电场传感实验研究

提出了一种反射式结构的掺杂向列液晶(NLC)光子晶体光纤(PCF)电场测量传感器。传感器由小于1cm长的掺入液晶实芯PCF构成,在掺杂光纤端面镀Ag膜以提高端面反射率。通过实验,测量出了反射光强随电场强度增加的变化情况,证实了设计的传感器可以用于电场在1.4～3.7kVrms/mm范围内的电场测量,同时获得了镀膜对反射光强的影响以及对传感器灵敏度、精度的影响。     

基于表面增强拉曼散射的光子晶体光纤传感器

基于表面增强拉曼散射(SERS)的光纤传感器结合了光纤与表面增强拉曼散射效应,具有普通传感器无法比拟的优点.但是,应用普通光纤将带来诸如背景干扰与吸收、光纤自身的荧光效应及拉曼散射等缺点.为解决这一问题,将光子晶体光纤与表面增强拉曼散射效应相结合,称为基于表面增强拉曼散射的光子晶体光纤(PCFs)传感器,具有高灵敏度、...