基于Mach-Zehnder干涉的高灵敏湿度光纤传感器：结构与性能

本文主要探讨了基于Mach-Zehnder干涉(MZ干涉)原理的湿度光纤传感器的设计与应用。Mach-Zehnder干涉是一种利用光的相位差来检测微小物理量变化的光学方法，这种传感器在光纤光学领域中具有很高的研究价值。文章介绍的传感器结构巧妙地结合了腰椎放大技术，即在两段标准单模光纤(SMF)之间熔接一段15毫米长的单模光纤。这种特殊设计使得传感器的核心部分是中间的单模光纤，其表面覆盖了5%的聚乙烯醇(PVA)涂层。 PVA的选择是因为其折射率随环境湿度的变化而变化，当环境湿度增加时，PVA的折射率会降低，这导致包层模的有效折射率也随之变化。这种变化直接影响到光线在光纤中的传播路径，从而引起干涉峰中心波长的移动。通过测量这些干涉峰位置的变化，可以精确地反映出包层区域的湿度变化情况。实验结果显示，该湿度传感器的灵敏度高达0.0983纳米每百分比相对湿度(%RH)，这意味着对湿度变化的敏感度非常高。 此外，研究还强调了该传感器的稳定性，这是任何传感器的重要性能指标。一个稳定可靠的湿度传感器能够在长期使用中保持准确性和一致性，这对于许多需要实时监测湿度的应用场景，如工业过程控制、环境监测以及气象预报等至关重要。通过腰椎放大技术，传感器的设计实现了紧凑且高效的结构，提高了测量精度和响应速度。 基于Mach-Zehnder干涉的湿度光纤传感器是一种具有高灵敏度、稳定性和小型化优势的新型传感器，其工作原理和实现机制对于理解和优化光纤光学系统具有重要的理论意义和实际应用价值。在未来，随着光纤技术的不断发展，这类传感器有望在更多领域得到广泛应用，推动相关产业的技术进步。