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
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Science and Technology on Tunable Laser, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
The phase-sensitive optical time-domain reflectometry (φ-OTDR) is a good candidate for distributed dynamic strain sensing, due to its high sensitivity and fast measurement, which has already been widely used in intrusion monitoring, geophysical exploration, etc. For the frequency scanning based φ-OTDR, the phase change manifests itself as a shift of the intensity distribution. The correlation between the reference and measured spectra is employed for relative strain demodulation, which has imposed the continuous measurement for the absolute strain demodulation. Fortunately, the Brillouin optical time domain analysis (BOTDA) allows for the absolute strain demodulation with only one measurement. In this work, the combination of the φ-OTDR and BOTDA has been proposed and demonstrated by using the same set of frequency-scanning optical pulses, and the frequency-agile technique is also introduced for fast measurements. A 9.9 Hz vibration with a strain range of 500 nε has been measured under two different absolute strains (296.7με and 554.8 με) by integrating the Rayleigh and Brillouin information. The sub-micro strain vibration is demonstrated by the φ-OTDR signal with a high sensitivity of 6.8 nε, while the absolute strain is measured by the BOTDA signal with an accuracy of 5.4 με. The proposed sensor allows for dynamic absolute strain measurements with a high sensitivity, thus opening a door for new possibilities which are yet to be explored.
fiber optics sensor Rayleigh scattering Brillouin scattering fast measurement Opto-Electronic Advances
2020, 3(12): 12200013
湖北汽车工业学院 理学院, 湖北 十堰 442002
针对填充液体的光子晶体光纤温度传感器灵敏度较低的问题, 文章提出了一种基于模式耦合的高灵敏光子晶体光纤温度传感器, 光子晶体光纤的纤芯作为传光通道, 填充液态乙醇和氯仿的液芯作为耦合通道, 当纤芯与液芯发生模式耦合时, 纤芯的限制损耗谱会出现一个狭窄的损耗尖峰。损耗峰的位置随温度的变化而漂移。光子晶体光纤的纤芯和液芯相互独立, 可以分别调整其传输特性。利用有限差分算法对传感器的特性进行了仿真研究, 结果表明, 设计的光纤结构具有良好的温度传感特性, 耦合波长随温度升高而红移, 在10~35 ℃范围内, 温度检测灵敏度最高可达44.16 nm/℃, 光纤结构参数的变化对灵敏度影响较小。
光纤传感器 光子晶体光纤 温度传感器 模式耦合 限制损耗 fiber optics sensor photonic crystal fiber temperature sensor mode coupling confinement loss
1 重庆理工大学 理学院, 重庆 400054
2 绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室, 重庆 400054
利用强度调制型光纤传感器容易解调的优势, 提出了一种强度调制型光纤液位传感器.传感器由三根无芯光纤组成, 其中, 无芯光纤1与无芯光纤2串联构成测量臂, 无芯光纤3构成参考臂.仿 真分析得出, 无芯光纤长度每缩短1 mm, 透射峰波长增加25.46 nm.在0~50 mm小液位范围内, 实验测得传感器在水、5% NaCl、10% NaCl和15% NaCl水溶液四种液体环境中的液位灵敏度分别为0.069 5 dB/mm、0.074 73 dB/mm、0.077 49 dB/mm及0.082 71 dB/mm, 线性度分别为0.998 25、0.998 49、0.988 11及0.995 13, 线性度较高.该传感器可较好地消除光源光功率波动与环境温度变化带来 的影响, 重复性较好, 在石油化工领域有一定的应用潜力.
光纤传感 液位传感器 强度调制 无芯光纤 温度不敏感 Fiber optics sensor Liquid-level sensor Intensity modulation No-core optical fiber Temperature insensitivity
南京师范大学物理科学与技术学院江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
设计并研制了一种新型光纤法布里珀罗压力传感器，通过光刻、硅片刻蚀、阳极键合等微机电系统技术制作而成，适合恶劣环境下、狭小空间内的微压环境压力测量。详细阐述了传感器的结构设计和制作方式。该设计巧妙地利用了光纤法兰盘，保证了光纤端面与敏感膜的平行，从而形成高质量的法布里珀罗干涉腔。该结构也有利于初始腔长的稳定，减小了传感器误差。建立了实验解调系统，对其压力、温度等特性进行了详细的测试。实验结果表明，在0~0.1 MPa的压力范围内，传感器线性度好，重复性高，灵敏度达到了61.6 μm/MPa。
传感器 微压传感 光纤传感器 法布里珀罗 微机电系统技术
哈尔滨工程大学自动化学院， 黑龙江 哈尔滨 150001
为提高光纤电流传感器的标度因数稳定性，从传感光纤与光纤1/4波片熔接时的方位角出发，研究了方位角的优化对光纤内线性双折射变化的抑制作用，指出了现有方位角优化方法中忽略的因素旋光角，并结合旋光角这一变量建立了更加精确的琼斯矩阵模型。仿真分析了在不同方位角与旋光角条件下，线性双折射对标度因数稳定性的影响。通过仿真结果的对比发现，在考虑旋光角之后，现有算法的方位角优化值误差较大；还发现在特定的旋光角条件下，线性双折射的变化对标度因数无影响。基于此提出了方位角与旋光角的综合优化方法，降低了对光纤制造工艺的要求，有效提高了系统标度因数的稳定性。
传感器 光纤传感器 法拉第效应 方位角 琼斯矩阵 旋光角
1 北京交通大学理学院光信息科学与技术研究所， 发光与光信息教育部重点实验室， 北京 100044
2 Electrical and Computer Engineering, University of California, Santa Barbara, Santa Barbara CA 93106, USA
3 北京交通大学理学院， 北京 100044
理论分析了考虑吸收线型函数展宽时的Beer-Lambert定律，作了进一步推导并应用于多点乙炔气体监测。提出一种采用波分复用器、利用吸收峰区分不同传感点的多点光纤乙炔传感系统，系统简单易操作，无需对光源进行调制，且系统损耗与串扰小。理论分析表明当目标检测灵敏度为0.5%时，在1510~1540 nm范围内该系统最大可监测18个传感点。搭建了一个3个监测点的乙炔传感系统并验证了上述理论的可行性，各传感点的测量误差均小于1.8%。
吸收光谱法 乙炔检测 传感系统 光纤传感 波分复用
1 哈尔滨工业大学机电学院， 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学能源学院， 黑龙江 哈尔滨 150001
为提高光纤传感系统的复用能力，常将多个谱型重叠的传感器串联，由此引发的串扰效应会导致测量误差的产生，从而需要对串扰效应进行深入分析。将蒙特卡罗法引入到由多个谱型重叠传感器串联组成系统的研究中，该方法能考虑到光谱阴影、任意阶多次反射的串扰效应，计算出系统总反射率谱等信息。为验证方法的可靠性，使用蒙特卡罗法对由两个谱型重叠的传感器串联所组成系统的总反射率谱进行了仿真，并与其数学解析解比较，结果显示两者吻合度高，在选择光线数为5×106时，计算误差量级在10-3左右，证实了该方法的准确性。在此基础上，采用蒙特卡罗法对无解析解的多个传感器串联所组成系统的总反射率谱进行了仿真计算。
光纤光学 串扰 蒙特卡罗法 光纤传感器 光谱
