书书书
第
36
卷
第
8
期
中
国
激
光
Vol.36
,
No.8
2009
年
8
月
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2009
文章编号:
02587025
(
2009
)
08205707
高压力光子晶体光纤传感器系统的研究
余先伦
赵威威
程
伟
(重庆三峡学院物理与电子工程学院光电信息技术实验室,重庆
404000
)
摘要
光子晶体光纤(
PCF
)压力传感器 可 广泛 用于 各 种环 境压 力 监测 中。采 用全 矢 量有 限元 方 法对 双芯 光 子晶
体光纤的双折射特性进行了分析,采用二阶微分方程理论模型模拟了光子晶体光纤高 压力 传感器 对外 界压力 的响
应,并应用这个模型讨论了外界压力作用对敏感元件有 效折 射 率和 双折 射 的影 响,提 出 了一 种高 压 力光 子晶 体 光
纤传感器方案。计算结果表明高压力致双空气孔芯光子晶体光纤的双折射值可达很 高,光 子晶体 光纤 传感器 系统
更为简洁紧凑
。
关键词
光纤光学;光子晶体光纤;双折射;光子晶体光纤传感器
中图分类号
TP212.14
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
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收稿日期:
20080825
;收到修改稿日期:
20081224
基金项目:重庆市教委(
KJ081106
)和重庆三峡学院课题及科研团队项目资助课题。
作者简介:余先伦(
1967-
),男,硕士,副教授,主要从事激光器、光纤通信、光电子器件和光子晶体光纤等方面的研究。
Email
:
y
uxian896
@
sohu.com
1
引
言
光纤 传感技术可 广泛用于环 境压力测量,光 纤
压力传感器在对压力进行测量的同时必须对温度进
行补偿,以降低温度对光纤传感器测量性能的影响。
为了减少光纤传感器的复杂性和提高光纤传感器的
测量精度,可用一 种 新型的光 纤 材料———光 子 晶 体
光纤(
PCF
)替代传统敏感元件,构造一种新型光子晶
体光纤压力传感器
。标准的
PCF
制作方法是对石英
管棒反复堆积拉丝而成,这种制作方法可以很容易地
按要求设计出
PCF
的结 构参量,空气孔 位置直径有
很大 的 选 择 空 间,实 现
PCF
独 特 的 光 学 特 性。 在
PCF
中芯层与包层有较高的折射率对比,当压力作用
在
PCF
表面时,
PCF
纤芯和包层将 产生各向异 性的
应力并出现几何畸变,在
PCF
内导致折射 率分布的
变化并产生很高的双折射,通过光弹性效应,压力致
双折射结果可直接用来测量受到的压力
[
1
~
6
]
。
光纤压力偏振传感器主要利用敏感元件的双折
射特性,传统高双折射(
HB
)光纤的双折射值一般在
10
-4
量级,而制作工艺上的可塑性可使
PCF
的双折
射比传统
HB
光纤高一个数量级。选择合适的结构
参数可使高双折射光子晶体光纤在极宽波长范围内
仅支持基模传输,模 场 强度图样 和 偏振主轴 不 会沿
光纤长度和环境扰 动而发生 变 化,且 在很长的 波 长