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基于锥形保偏光纤与光纤布拉格光栅的高灵敏度偏振态压力传感器

DOI：10.1166/jnn.2019.16190 期刊：Journal of Nanoscience and Nanotechnology 出版年份：2019 更新时间：2025-11-28 14:24:03
摘要： 本文提出一种高灵敏度偏振型光纤压力传感器（OFPS），其采用由偏振分束器、偏振控制器和传感器头构成的偏振分集环路。该传感器头由8厘米长的锥形熊猫型保偏光纤（PMF）与直接熔接的布拉格光栅（FBG）组成，并置于压力腔内?；诠獾вΦ难沽χ滤凵浔浠赑MF锥形区段可显著增强，从而提升传感器头的压力灵敏度。锥形PMF通过熔接机制备，其锥形区段长度约350微米、中心腰径约56.82微米。在偏振分集环路中，PMF作为双折射元件产生偏振干涉光谱，其压力致双折射变化会导致干涉光谱波长漂移。由于PMF双折射对温度存在交叉敏感，采用FBG补偿其温度效应——FBG谐振波长对环境温度敏感但对压力不敏感，该特性可用于补偿传感器头处的附加环境温度变化。实测传感器压力灵敏度约为-27.70 nm/MPa，在0-0.5 MPa量程内线性拟合优度R2达0.9903。该自制传感器实现了迄今报道偏振型OFPS中的最高压力灵敏度。
作者： Sungwook Choi，Seul-Lee Lee，Jihoon Kim，Sun Jae Jeong，Min Seok Kim，Dokyeong Kim，Yong Wook Lee
机构： Interdisciplinary Program of Biomedical Mechanical and Electrical Engineering, Pukyong National University，School of Electrical Engineering, Pukyong National University，Interdisciplinary Program of Biomedical Mechanical and Electrical Engineering, Pukyong National University, School of Electrical Engineering, Pukyong National University
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

提出并实验验证了一种温度不敏感的偏振型光纤压力传感器（OFPS），该传感器通过采用基于偏振分集环的萨格纳克干涉仪（PDLSI）作为传感头——该干涉仪包含一段8厘米长的锥形熊猫型保偏光纤（PMF）段，直接与光纤布拉格光栅（FBG）熔接——在目前已报道的偏振型OFPS中展现出最高压力灵敏度。

研究成果

该制备的传感器在已报道的偏振型光纤压力传感器中展现出最高的压力灵敏度，在0-0.5 MPa测量范围内具有约?27.70 nm/MPa的压力灵敏度和约0.9903的调整后R2值。采用短段保偏光纤有效抑制了外部环境扰动引起的双折射调制。

研究不足

该研究未讨论传感器在不同环境条件下的长期稳定性，也未探讨将多个传感器复用于分布式压力传感应用的潜力。

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