微结构光纤传感器的设计

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1、第17卷增刊2006年6月巍电子·激摊Journalofoptoelectrontcs·Laser微结构光纤传感器的设计+张伟刚(南开大学现代光学研究所，光电信息技术科学教育部重点实验室(南开大学，天津大学)，天津300071；半导体材料科学重点实验室，中国科学院半导体研究所，北京100083)摘要：根据导光机理、微孔分布、介质载入、纤芯数量及对称性等因素，对微结构光纤进行了分类。依据此分类，阐述了微结构光纤传感器的结构设计方法。对近年来典型的微结构光纤传感器和微结构光纤光栅传感器进行了介绍和评述，对基于微结构光纤

2、的新型传感器应用进行了展望。关键词：微结构光纤；微结构光纤光栅；光纤传感器；传感器设计DesignonMicrostructureOpticalfiberSensorsZhangWei—gang(InstituteofmodernopticsofNankaiUniversity，KeyLaboratoryofOpto—electronicInformationSci—enceandTechnology(NankaiUniversity，TianjinUniversity)，MinistryofEducation，T

3、ianjin300071，P．R．CHINA，KeyLaboratoryofSemiconductorMaterialsScience，InstituteofSemiconductors，ChineseAcademyofSciences，P．O．Box912，Beijing100083，P．R．CHINA)Abstract：AccordingtOmechanismoflighttransmission，micro—holedistribution，mediuminfusing，fi—betcorenLImberan

4、dsymmetry，microstructureopticalfiber(MOF)areclassified．Onthebasedoftheseclassmodes，thedesignmethodsofMOFsensorsstructurearedescribed．ThetypicalMOFsensorsandmicrostructureopticalfibergrating(MOFG)sensorsintherecentyearshavebeenintroducedandre—viewed．Theapplicat

5、ionsofthenewsensorsbasedonMOFareprospected．Keyword：microstructureopticalfiber，Microstructureopticalfibergrating，fibersensor，sensordesign1引言新型传感器的设汁对于传感领域的科技创新及技术进步具有十分重要的意义，研制结构新颖、功能优异的传感器一直是科研人员和企业人士的追求目标。1970年低损耗光纤的研制成功，极大地改变了传感器的设计方式，并以其具有的高灵敏度、宽频带、抗电磁干扰、柔韧

6、灵巧、易埋植和贴敷等优良特性，使光纤传感器迅速成为传感器家族的新贵⋯。这种低损耗光纤由纤芯、包层、涂覆层组成，因其结构简单，一般称之为常规光纤(GeneralOpticalFiber，GOF)。GOF的特点是纤芯折射率高于包层折射率，光波以全内反射方式在光纤中传输。在GOF中，通过物理的或化学的方式，可以沿纤芯轴向引入周期性的结构变化，即光纤光栅(GeneralOpticalFiberGrating，GOFG)。自1989年紫外侧写光纤光栅技术发明以来，布喇格、长周期等诸多类型的光纤光栅相继写制成功，以光纤光栅为基

7、质的传感器的设计和研制，迅速成为新型光纤传感器的研究热点【⋯。当前，GOF的结构已经发生变革，人们凭借超凡的想象力，在GOF中引入了多种微结构。1996年出现的带有空气孔结构的光纤出现，使光纤的微结构化成为可能r3]。微结构光纤(MicrostructureOpticalFiber，M()F)是一种新型波导，又称多孔光纤(HoleyFiber，HF)或光子晶体光纤(PhotonicCrystalFiber，PCF)。MOF沿轴向均匀排列着微孔，端面存在周期性的二维结构。与GOF相比，由*基金项目：国家自然科学基金(

8、60577018)，南开大学科技创新基金，光电信息技术科学教育部重点实验室开放课题(2005—06)，中国科学院半导体材料重点实验室开放课题资助增刊张伟刚：微结构光纤传感器的设计于引进了微结构，使M()F具有独特的光学特性：如极宽单模传输、高非线性、大模场面积、可控色散等。与GOF光栅相类似，采用紫外侧写技术或C()2热激技术，也可以在MOF中写制光栅，即微