光子晶体光纤传感器的研究进展

摘要：简要介绍了光子晶体光纤的基本结构、 导光原理和主要特性。依据传感机理将光子晶体光纤传感器分为4类：吸收型光子晶体光纤传感器、 荧光光子晶体光纤传感器、 干涉型光子晶体光纤传感器、 光子晶体光纤光栅传感器，分别对其工作原理、 结构、 特点和研究进展进行了讨论。

0.引言

光纤传感器具有灵敏度高、抗干扰、结构简单、体积小、质量轻、光路可弯曲、对被测介质影响小、便于形成网络等优点, 有着广泛的应用前景。然而, 采用普通光纤作为敏感

元件的光纤传感器存在一些难以克服的缺点， 如：耦合损耗较大、保偏特性差和存在交叉敏感问题等, 限制了光纤传感器性能的进一步提高。 20世纪 90年代中期[ 1], 研制出一种光子晶体光纤 ( Pho ton ic cry sta l fi ber , PCF)。这种光纤具有许多优点 [ 2], 如: 无截止的单模特性、低损耗特性、灵活的色散特性、可控的非线性、极强的双折射效应以及可进行微结构设计改造等, 采用光子晶体光纤构成的光纤传感器有望解决这些问题。近年来, 光子晶体光纤传感器受到各国研究人员的重视 [ 3- 5], 已经有相关的研究报道。

1.光子晶体光纤简介

光子晶体光纤 ( PCF), 也称为微结构光纤 (M i crostrut u re fi be r ) 或者多孔光纤 (H o ly fi ber)。根据其导光机制的不同， 一般可分为两种: 一种是全内反射 ( T I R) 型光子晶体光

纤; 另一种是光子带隙 ( PBG ) 型光子晶体光纤。典型 TI R 型光子晶体光纤一般由石英材料构成, 其纤芯是实心的, 而包层为多孔结构, 截面如图 1 ( a) 所示。存在气孔的目的是减小包层的有效折射率, 使纤芯折射率比包层的有效折射率高，从而把光子限制在纤芯中。这种光纤最主要的特点是具有无截止的单模特性，从近紫外到近红外全波段可维持单模运行; 它还有良好的色散特性，并且零色散点可以通过调整空气孔的直径来进行调节；它的模场面积可以根据需要进行灵活设计，通过对横截面结构设计，还可以得到高双折射光纤。另外, 这种光纤还有弯曲损耗小、可控的非线性等其他的优点。

......

点此下载全文内容：光子晶体光纤传感器的研究进展.PDF (278 K)