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几种模式临界波长光纤传感器的温度与应变灵敏度研究

DOI：10.1109/JSEN.2018.2883321 期刊：IEEE Sensors Journal 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 本文研究了光纤在线马赫-曾德尔干涉仪（MZI）传感器的温度/应变波长灵敏度与测量波长相对于临界波长（CWL）的波长间隔之间的关系，该CWL存在于由LP01和LP02模式干涉形成的干涉光谱中。通过将一段支持LP01和LP02模式传播的特殊设计少模光纤（FMF）熔接在两段单模光纤之间，构建了在线MZI光纤传感器。LP01和LP02模式之间的传播常数差Δβ随波长非单调变化，并在CWL处达到最大值。因此，在传感器运行过程中，CWL两侧的峰值会向相反方向移动，且当测量波长点从CWL两侧接近CWL时，相关的温度/应变灵敏度显著增加。理论分析预测，采用这种温度/应变传感器方法时，温度/应变波长灵敏度由测量波长与CWL之间的波长差决定。这一结论与实验结果高度吻合。结合SFS结构传输光谱中峰值的波长偏移和CWL，本研究表明，该方法为高灵敏度多参数检测传感器的有效设计奠定了基础，并提供了较大的测量范围，以满足更好的工业测量需求。
作者： Chenxu Lu，Juan Su，Xiaopeng Dong，Lihua Lu，Tong Sun，Kenneth T. V. Grattan
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究光纤内联马赫-曾德尔干涉仪（MZI）传感器的温度/应变波长灵敏度与测量波长至临界波长（CWL）的波长间隔之间的关系。

研究成果

研究表明，传感器透射光谱中各峰值的应变和温度灵敏度由峰值波长与中心工作波长之间的波长间距决定。该方法为设计高灵敏度多参数检测传感器并实现大测量范围奠定了基础。

研究不足

在截止波长（CWL）处数学推导出的无限高应变或温度灵敏度没有实际意义，因为要实现该灵敏度需要无限长度的掺氟微结构光纤（FMF）来最小化PL1/PH1波长与CWL之间的波长间距，这在实际应用中是不可行的。

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