基于少模光纖組合傳感器的溫度及折射率傳感特性研究

齊躍峰, 賈 翠, 許麗媛, 張 鑫, 叢碧彤, 劉燕燕, 2, 劉雪強, 2

1. 燕山大學信息科學與工程學院，河北 秦皇島 066004 2. 河北省特種光纖與光纖傳感重點實驗室，河北 秦皇島 066004

引 言

基于模式干涉的單模-少模-單模(single mode-few mode-single mode, SFS)結構光纖傳感器因其結構簡單、可靠性強、抗電磁干擾等特性，被廣泛應用于溫度、應變、位移等參數測量[1]。少模光纖(few mode fiber, FMF)傳輸的模式數目介于單模光纖(single mode fiber, SMF)和多模光纖之間，易于實現對傳輸模式的控制與分析，具有有效面積大、模式數量有限、模式限制能力強等優點，在新型傳感領域受到越來越多的關注[2-3]。布拉格光纖光柵作為一種反射型光纖無源器件，其反射帶寬窄、反射率高，在通信及傳感領域應用廣泛。相較于單模光纖布拉格光柵，少模光纖布拉格光柵(few mode fiber Bragg grating, FBG)具有更窄的諧振峰帶寬，大大提高了傳感器的檢測精度，且其傳輸光譜中含有多個不同強度的反射峰，豐富了光纖光柵諧振波長的選擇，使傳感變得更加靈活方便。本文將SFS結構與少模光纖布拉格光柵進行結合，利用少模纖芯中不同模式之間的干涉和耦合進行傳感實驗，結構簡單新穎、易于制備、成本低廉。

溫度作為環境變化的重要參量，可以直觀地監測外界變化，是食品安全、生物測量、環境監測等領域的重要研究對象[4-7]。王潔玉等[8]提出一種單模-多模-單模(single mode-multimode-single mode, SMS)結構與單模長周期光纖光柵(single mode long period fiber grating, SMF-LPFG)級聯同時測溫度和折射率的傳感器，SMS結構和SMF-LPFG的溫度靈敏度分別為17和60 pm·℃-1。童崢嶸等[9]提出一種多模-單模-多模(multimode-single mode-multimode, MSM)結構與單模光纖布拉格光柵(single mode fiber Bragg grating, SMF-FBG)級聯的傳感器，MSM結構和SMF-FBG的溫度靈敏度分別為55.2和15.8 pm·℃-1。……