液体填充光子晶体光纤LPG温度传感器研究

"本文主要研究了在光子晶体光纤（PCF）中利用长周期光栅（LPG）填充折射率温度敏感液体（如乙醇）作为新型温度传感器的特性。通过全矢量有限元法分析了填充液体前后的PCF的模场分布和色散特性，并基于耦合模理论探讨了LPG的传输谱随温度变化的关系。实验结果显示，填充乙醇后的PCF-LPG在-20℃至80℃的温度范围内，其传输谱中心波长随温度线性变化，温度敏感度达到1.766 nm/℃。" 本文深入探讨了光纤光学领域的一个创新应用，即在光子晶体光纤结构中利用长周期光栅进行温度传感。光子晶体光纤是一种特殊的光纤类型，其内部结构包含有规律的空气孔，这些空洞影响了光纤的光传播特性。长周期光栅（LPG）则是在PCF中制造的一种特殊光栅，通过改变光纤的折射率分布来实现特定波长的选择性反射或透射。 在六角形排列的大模场面积光子晶体光纤（LMA-PCF）中，研究人员填充了折射率随温度变化的液体乙醇。这种填充液体的选择是由于其对温度变化的敏感性，可以显著改变光纤的光传播特性，尤其是当温度变化时，乙醇的折射率会相应改变，从而影响光在光纤中的传播。 采用全矢量有限元法，作者模拟计算了填充乙醇前后的PCF纤芯基模和包层模的模场分布，以及色散曲线的变化。模场分布描述了光在光纤中的能量分布，而色散曲线则反映了光在不同波长下的传播速度差异。这些分析对于理解LPG的工作原理至关重要。 耦合模理论是分析LPG传输谱随温度变化的基础。LPG的工作机制是通过耦合纤芯模式到包层模式来实现的，当温度变化时，这种耦合的条件也会发生变化，导致LPG的传输谱（即反射或透射峰的位置）发生移动。实验结果表明，填充乙醇的PCF-LPG在特定温度范围内，其传输谱中心波长的移动与温度成正比关系，具有较高的温度敏感度，这使得该传感器在温度监测方面具有潜在的应用价值。 总结来说，这项研究提供了一种基于光子晶体光纤和长周期光栅的新型温度传感器设计，通过填充温度敏感液体，实现了高灵敏度的温度测量。这种方法不仅丰富了光纤传感器的种类，也为温度测量技术提供了新的思路，特别是在极端环境或需要高精度温度监测的场合，例如能源、化工和航空航天等领域。