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科学家发现空芯光子晶体光纤可制作高灵敏应变传感器

摘要:当单模光纤(Single-mode fiber, SMF)与空芯(hollow core)光子晶体光纤(photonic crystal fiber, PCF)熔接时,单模光纤纤芯的尾端会产生充满空气的微球。这类气泡会造成很大的插入损耗(insertion loss),因此通常应加以避免,但是天津大学的Engbang Li等人证明它们也有好用途——做为高精确度的应变传感器。
    当单模光纤(Single-mode fiber, SMF)与空芯(hollow core)光子晶体光纤(photonic crystal fiber, PCF)熔接时,单模光纤纤芯的尾端会产生充满空气的微球。这类气泡会造成很大的插入损耗(insertion loss),因此通常应加以避免,但是天津大学的Engbang Li等人证明它们也有好用途——做为高精确度的应变传感器。
 
    Li指出,微球具有完美的二氧化硅表面,而且与SMF的芯精确对齐。在芯中传播的光经由空腔前后表面部份反射后而互相干涉,形成自校直的斐索干涉仪(Fizeau interferometer)。斐索干涉仪使用两个部份反射面来产生参考光和待测光;改变两个反射面的相对位置,便可改变参考光和待测光的干涉图样。
 
    在Li的组件中,对包含微球的光纤施加轴向应变(axial strain)可以改变腔长,进而改变干涉极大值或极小值对应的波长,因此可由波长偏移量来推断光纤遭受的应变大小。
 
    Li的团队在接合光纤中制造了一个直径39 μm的微空腔做为干涉仪,并将它连接至中心波长为1550 nm、频宽为35 nm的宽带光源。这种新型传感器的灵敏度为3.36 pm/με,远高于其它以布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating)为基础的光纤应变传感器,原因是光纤的有效截面积因微空腔而变小,所以对于相同直径的光纤及相同的张应力下,新型干涉仪会产生较大的伸长。
 
    此传感器的缺点之一是由于形成干涉仪的表面反射率低,因此干涉图形相当微弱。不过只要还能分辨干涉图形的波峰或波谷,测量的准确性将不会受到影响。该小组目前正在努力控制空腔的形成,因为光纤接合的条件会影响气泡的尺寸。此外,他们也将研究传感器的封装,并寻找商业化的可能途径。
内容来自:光电新闻网
本文地址:http://www.iccsz.com//Site/CN/News/2008/06/02/20080602022946496250.htm 转载请保留文章出处
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文章标题:科学家发现空芯光子晶体光纤可制作高灵敏应变传感器
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