一种Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器_伍铁生.pdf

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1、第３９卷第１１期中国激光Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１１２０１２年１１月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＡＳＥＲＳＮｏｖｅｍｂｅｒ，２０１２一种Ｓａｇｎａｃ干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器伍铁生１，２１１２１１王丽王哲刘玉敏胡署阳尹丽丹１北京工业大学应用数理学院，北京１００１２４（２北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京１００８７６）摘要采用Ｓａｇｎａｃ干涉仪结构，设计了一种高双折射光子晶体光纤环镜温度传感器。光子晶体光纤温度稳定性好，通过向高双折射光子晶体光纤空气孔填充热光系数高的液体材料乙醇，从而实现温度传感的目的。采用平面波展开法，分析了高双折射光子晶体

2、光纤的双折射与传输波长和温度的关系。理论分析表明，填充乙醇后，高双折射光子晶体光纤的双折射随着传输波长和温度的增加而增加，且双折射与温度成线性关系。实验中将一段填充乙醇的高双折射光子晶体光纤与３ｄＢ耦合器熔接制作成Ｓａｇｎａｃ干涉仪结构的光纤环镜，当温度从４５℃升至８０℃时，光谱仪上观察到凹点λｉ向短波方向漂移了３０９．２８０ｎｍ，温度灵敏度高达８．８３７ｎｍ／℃。关键词传感器；光子晶体光纤；平面波展开法；双折射；光纤温度传感器中图分类号ＴＮ２５文献标识码Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＪＬ２０１２３９．１１１４００２ＡＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌＦｉｂｅｒＴｅｍｐｅｒ

3、ａｔｕｒｅＳｅｎｓｏｒＢａｓｅｄｏｎＳａｇｎａｃＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅ１，２１１２１１ＷｕＴｉｅｓｈｅｎｇＷａｎｇＬｉＷａｎｇＺｈｅＬｉｕＹｕｍｉｎＨｕＳｈｕｙａｎｇＹｉｎＬｉｄａｎ１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ烄烌２ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｈｏｔｏｎｉｃｓａｎｄＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ烆ＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａ

4、ｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７６，Ｃｈｉｎａ烎ＡｂｓｔｒａｃｔＡｈｉｇｈｌｙｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｌｏｏｐｍｉｒｒｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎＳａｇｎａｃｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｓｔｈｅｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｈａｓｇｏｏｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｉｎｇ，ｅｔｈａｎｏｌｗｈｉｃｈｈａｓａｈｉｇｈｔｈｅｒｍａｌｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｓｆｉｌｌｅｄｉｎｔ

5、ｏｔｈｅａｉｒｈｏｌｅｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒ．Ｕｓｉｎｇｐｌａｎｅｗａｖｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈｌｙｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，ａｎｄｔｈａｔｂｅｔｗｅｅｎｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔ：ｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｅｔｈａｎｏ

6、ｌ，ｔｈｅｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｏｆｈｉｇｈｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｒｅｉｓａｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｐｉｅｃｅｏｆｈｉｇｈｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｅｔｈａｎｏｌｉｓｗｅｌｄｅｄｗｉｔｈａ３ｄＢｃ

7、ｏｕｐｌｅｒｔｏｆｏｒｍａｆｉｂｅｒｌｏｏｐｍｉｒｒｏｒ．Ｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｓｆｒｏｍ４５℃ｔｏ８０℃，ｔｈｅｃｏｎｃａｖｅｐｏｉｎｔｄｒｉｆｔｏｆ３０９．２８０ｎｍｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｓｈｏｒｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｚｅｒ．Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｓａｓｈｉｇｈａｓ８．８３７ｎｍ／℃．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｅｎｓｏｒｓ；ｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒ；ｐｌａｎｅｗａｖｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ；ｆｉｂｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅ