双孔光子晶体光纤光学温度传感器

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1、TemperatureSensitivityofaTwo-ModePhotonicCrystalFiberInterferometricSensor——翻译窗体顶端双孔光子晶体光纤光学温度传感器摘要：双孔光子晶体光纤光学温度传感器的理论和实验探究。相比之下，传统的椭圆芯遥感光纤传感器，光子晶体光纤光学温度传感器对波长的运动有着非单调的依赖，波长是0.083，0.147，0.136弧度/米，速度分别为543，975和1310纳米。关键词，光纤传感器，光子晶体光纤（PCF），对温度的敏感性，双孔（TM）纤维。一简介ţ双孔光纤传感器已经在光纤感应和

2、光纤设备上又很多应用了。应变和温度传感器[1]，声光频率开关[2]可调谐滤波器[3]，以及一个外接式多路(复用)器[4]已经在传统的圆形和椭圆芯遥感光纤上得以展示。近年来，已有越来越多的人对光子晶体光纤（PCF）感兴趣，光子晶体光纤（PCF）由一个被中心为气孔的周期性晶格包围的硅芯组成。由于制造过程的高度灵活性，PCF可以实现双折射，其幅度高于传统的高幅双折射（ＨＢ）纤维。高幅双折射光子晶体光纤（HBPCFs）根据不同的气孔直径沿着两个正交的轴[5][6]，或沿不对称的中心[7]制造。最近，我们发现有适当的结构参数的高幅双折射光子晶体光纤（H

3、BPCFs）支持双孔，例如低压和低压LPeven，从500到2000纳米范围[8][9]。模型的强度模式和偏振主轴的明确界定，不沿光纤长度或环境干扰而有不同。这些特性再加上光子晶体光纤的独特特性是实现在长距离的波长下也能稳定运行的遥感传感器的理想条件。有着不同结构参数的遥感传感器已经被运用于调谐传感光纤梳状过滤器[10]和用于流体静力学压力和应变测量的测偏振感应器[11]。2006年5月30日收到手稿，2006年8月4日修订。这项工作由中国香港特别行政区的研究资助委员会下PolyU聚尿苷酸5176/05E项目.资助。作者：HungHom,Ko

4、wloon,HongKong香港九龙红磡香港理工大学机电工程学院，（邮箱：eejju@polyu.edu.hk）。数字对象标识符10.1109/LPT.2006.883889图1。 （一）高幅双折射光子晶体光纤的SEM照片（二）远场强度分布（1310nm的遥感传感器的输出）。图2。实验装置。二、温度敏感性的测量高幅双折射光子晶体光纤在这工作的使用（图1）和[9]是相同的，由光子学制造。光纤的参数由扫描电子显微镜决定，如下：节距米，小孔的直径米，大孔的直径米。 这种光子晶体纤维PCF原先测试是用来支持二维模型，例如从650nm到1.3米大小的低

5、压和LP。在目前的工作中，我们发现遥感范围可以延伸到更短的波长543纳米。在波长为1550纳米时，高幅双折射光子晶体光纤只支持只有两个或正交偏振的基本模式。用于测量一定的温度敏感性的实验装置如图 2。偏光镜被放置在输入处，允许发起一个线性极到光子晶体纤维的其中一个偏振轴。光子晶体光纤（1.8米）的一段放在烤箱内加热。一个去掉透镜的红外线相机被放置在输出口用于监测远场强度分布。图1（b）显示了当这两孔由于放置在输出口的弯管，靠近相同的距离，其中一个远场强度分布的记录。遥感传感器的输出就是某一个圆形的平均强度，例如如图１（b）所示的矩形区域。两个

6、极化都进行了测量。图3显示因为烤箱的温度，遥感传感器的输出强度（极化）。一个完整的周期，相应的强度变化与LP01到LP11之间的2π的变化相对应。温度敏感性，即双孔的每单位长度光纤的不同阶段的变化率的公式是L是烤箱内的光纤长度。计算出的温度敏感性在表格1中列出。从表格1中可看出，高幅双折射光子晶体光纤的温度敏感度和x-和y-极化稍有不同。比起传统的椭圆芯遥感光纤[1]，值基本上较小。三、温度敏感性理论温度敏感性可写为其中是LP01和LP11之间的持久变量。由于光子晶体纤维是由单一材料做的，纤芯和包层的热膨胀系数α和和热光系数k应该是相同的，分

7、别表示为其中n是光子晶体纤维材料的这指数。熔化的硅来说，热膨胀系数和和热光系数分别是通过应用超级细胞的方法[12]，我们可以计算出在不同温度下两种模式的传播常数。虽然温度引起的横截面的变化直观来看很小模拟结果显示如图，图4说明，其影响力作用于传播常数也应该考虑进去。然而，在这两种情况下，在温度的线性变化中发现的不同的传播常数差传播常数随温度的线性，可以通过计算曲线的坡度，很方便地用于估算（2）的第一部分图5显示了理论上计算出的温度灵敏度为波长的函数。不同的是椭圆形核心遥感纤维[1]，其温度敏感性有单一的波长依赖性，遥感光纤晶体纤维的敏感度呈现

8、负相关，和波长呈抛物线关系。理论敏感度和实验计算出的趋势相同。测量和计算值之间的差异可归结为理想化的纤维结构和残余的热压力在理论模型中没有考虑进去。真正的光子晶体纤