基于异质结构包层全固光子带隙光纤的M-Z干涉仪高温传感器

近年来，基于光纤结构的温度传感器相比于传统的温度传感器，具有重量轻、抗电磁干扰、抗腐蚀和易于远程监控等优点。典型的光纤温度传感器如长周期光纤光栅、布拉格光栅、F-P腔等在很多行业都得到了广泛的应用。然而，这些光纤传感器制作复杂、成本高、灵敏度低。因此，研究制作简单、使用方便的高灵敏度的光纤温度传感器成为急需解决的问题。

武汉光电国家实验室光纤激光技术团队(FLTG)的博士生胡雄伟等人，在戴能利、李进延、杨旅云等教授的指导下，设计并制备了一种新型的异质结构包层全固光子带隙光纤。通过对光纤包层结构的特殊设计，使得这种光纤存在一个很强的纤芯模和包层模传输。在这种光纤两端熔接上单模光纤作为光信号的输入和输出，就可以制作成一个全光纤M-Z干涉高温传感器。研究表明：这种传感器可以在常温到1000℃正常工作，灵敏度高达90 pm/℃，线性度高达0.998。并且插入损耗低于1 dB，干涉条纹对比度高达20 dB，光谱动态范围大于200 nm。研究结果表明这种光纤温度传感器制备简单、使用方便、成本低、性能稳定、灵敏度高，在温度传感方面有很大的使用价值。

2016年9月9日，该研究成果以论文“All fiber M-Z interferometer for high temperature sensing based on a hetero-structured cladding solid-core photonic bandgap fiber”发表在美国光学学会（OSA）旗下杂志Optics Express上( Vol.24, Issue 19, pp.21693-21699 (2016)）。该项研究得到了国家自然科学基金（No.61378070，61575075，51672091）项目的支持。 

图1. 光纤端面和干涉原理示意图

图2. 利用全矢量光束传播法模拟干涉的产生

图3. 不同长度光纤的干涉光谱

 

图4. 不同长度光纤干涉光谱的傅里叶变换频谱

 图5. 干涉点随温度变化的响应