单模-多模-单模光纤折射率传感：超高灵敏度与模式数量研究

"该文研究了一种基于单模-多模-单模光纤结构的折射率传感技术，通过波谷检测方法提升传感灵敏度。在保持归一化频率不变，确保多模光纤模式数量稳定的情况下，能获得稳定的传输曲线。文章指出增大光纤直径能有效提高灵敏度，并给出了在多模光纤纤芯直径为70 μm时，最高可达3.725×105 nm/RIU的灵敏度，以及7×10-7 RIU的检测极限。同时，研究发现多模光纤长度偏差对传感性能影响较小，仅引起0.07 nm/μm的光谱偏移，这一特性可应用于高灵敏度的应力传感应用。" 这篇研究深入探讨了光纤光学和光通信领域中的光纤折射率传感器设计。作者们提出了一种创新的传感方案，利用单模-多模-单模光纤结构，以实现对折射率的高精度测量。波谷检测方法在此方案中扮演了关键角色，它增强了传感器对微小变化的敏感性。在实验中，他们注意到多模光纤中的模式数量对传输特性有显著影响。通过调整单模和多模光纤的结构参数，维持归一化频率不变，从而控制模式数量，可以得到可预测的传输响应。 进一步的研究表明，增加光纤直径是提升传感器灵敏度的有效手段。例如，当多模光纤的纤芯直径扩大至70 μm时，传感器的灵敏度达到峰值，能检测到3.725×105纳米每折射率单位（nm/RIU）的变化，同时，其检测极限降低至7×10-7折射率单位（RIU）。此外，论文还分析了实际应用中多模光纤长度的微小偏离对传感性能的影响，发现在长度偏差下，输出光谱仅发生0.07 nm/μm的小幅偏移。这一特性为开发高灵敏度的应力传感系统提供了可能，因为即使在光纤长度存在误差的情况下，系统仍能保持良好的稳定性。 关键词涉及光纤光学、光纤折射率传感器、波谷检测法、超高灵敏度以及模式数量，这些都是该研究的关键要素。通过这些技术，可以构建出对环境变化极其敏感的光学传感器，应用于环境监测、生物医学检测、工业生产等多个领域。文章的结论为光纤传感技术的发展提供了新的思路，尤其是在提高灵敏度和应对实际应用中的不确定性方面。