基于游标效应的萨格纳克干涉仪温度传感器
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中国计量大学

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浙江省基础公益研究计划


Research on high-sensitivity optical fiber temperature sensor of cascaded polarization maintaining fiber and few mode fiber based on Vernier effect
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Basic Public Welfare Research Program of Zhejiang Province

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    摘要:

    本文提出了一种基于光学游标效应的级联光纤萨格纳克干涉仪和光纤模态干涉仪高灵敏度温度传感器,并对传感特性进行了实验研究。光纤萨格纳克干涉仪由一段保偏光纤和3 dB四端口耦合器组成,光纤模态干涉仪由一段少模光纤与两段单模光纤熔接形成。选取光纤萨格纳克干涉仪作为温度传感器,光纤模态干涉仪充当滤波器。通过控制保偏光纤和少模光纤的长度,使光纤萨格纳克干涉仪的自由光谱范围为2.63 nm,光纤模态干涉仪的自由光谱范围为2.82 nm,两者的自由光谱范围相近又不相等,从而形成光学游标效应。实验结果显示,单个光纤萨格纳克干涉仪的温度灵敏度为-1.30 nm/℃,级联光纤模态干涉仪后,温度灵敏度提高到-18.19 nm/℃,放大倍数为13.99。该传感器制造工艺简单,稳定性好,不需要特殊的增敏材料来提高灵敏度。因此,在化工、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景。

    Abstract:

    In this paper, we present a cascaded fiber Sagnac interferometer and fiber optic modal interferometer high sensitivity temperature sensor based on vernier effect and study the sensing properties experimentally.The fiber Sagnac interferometer consists of a section of polarization maintaining fiber fiber and 3 dB four-port coupler, and the fiber optic modal interferometer is formed by a fusion of few-mode fiber and two segments of single-mode fiber. Selected fiber Signak interferometer as temperature sensor and fiber optic modal interferometer as filter.By controlled the length of polarization maintaining fiber and few-mode fiber, the free spectral range of the optical fiber Sagnac interferometer is 2.63 nm, and the free spectral range of the optical fiber optic mode interferometer is 2.82 nm, and the free spectral range is similar and unequal, thus formed the optical vernier effect.The experimental results show that the temperature sensitivity of a single fiber Sagnak interferometer is -1.30 nm/℃, and after the cascaded of fiber mode interferometer, the temperature sensitivity increases to -18.19 nm/℃ with a magnification of 13.99.The sensor has a simple manufacturing process, good stability, and does not require special sensitization materials to improve sensitivity. Therefore, it has broad application prospects in fields such as chemical, medical, aerospace, etc.

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  • 收稿日期:2023-08-10
  • 最后修改日期:2023-08-10
  • 录用日期:2023-08-30
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