光子晶体光纤温度传感器：Sagnac干涉仪结构的新应用

"本文介绍了一种基于Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器设计，该设计利用高双折射光子晶体光纤的特性，通过填充乙醇来提高温度传感性能。乙醇的热光系数高，能够有效响应温度变化。通过平面波展开法分析了双折射与波长及温度之间的关系，发现双折射随温度和波长增加，并呈现线性关系。在实验中，使用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，构建Sagnac干涉仪。当温度从45℃升高到80℃时，观察到干涉谱的凹点λi向短波方向移动309.280纳米，表明了传感器的高温度灵敏度，达到8.837 nm/℃。" 本文的研究重点在于光子晶体光纤温度传感器的设计和性能分析。光子晶体光纤（PCF）因其独特的温度稳定性而被选中作为传感器的核心组件。PCF的内部结构由一系列空气孔组成，这些孔可以被热光材料如乙醇填充。乙醇具有较高的热光系数，这意味着它的折射率会随着温度的变化而变化，这使得PCF对温度变化极其敏感。 平面波展开法是一种用于分析光子晶体光纤光学特性的常用方法，它可以帮助理解双折射如何随着传输波长和温度的变化而变化。通过这种方法，研究者发现双折射与温度之间存在线性关系，这一发现对于设计高精度的温度传感器至关重要。 实验部分，科研人员将一段乙醇填充的高双折射光子晶体光纤与3 dB耦合器熔接，形成了Sagnac干涉仪结构。Sagnac效应使得在环形光纤中传播的光在两个相反方向上产生相位差，当环境温度改变时，这种相位差会改变，导致干涉图案的移动。在45℃至80℃的温度范围内，观察到的λi位移为309.280纳米，这表明了传感器的温度灵敏度高达8.837纳米每摄氏度，这样的性能对于监测温度微小变化非常有用，可应用于各种环境监测、工业过程控制和科学研究等领域。 这种基于Sagnac干涉仪和光子晶体光纤的温度传感器设计展示了高灵敏度和稳定性，为未来的光纤传感器技术提供了新的可能。其潜在的应用包括但不限于能源设施的温度监控、生物医学检测以及极端环境下的温度测量。