基于游标效应和基底增敏的复合光纤结构温度传感器

作     者：刘福禄 张钰民 庄炜 骆飞 祝连庆 Liu Fulu;Zhang Yumin;Zhuang Wei;Luo Fei;Zhu Lianqing

作者机构：北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100192 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2021年第41卷第15期

页      面：40-47页

核心收录：

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0806[工学-冶金工程] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(61735002) 高等学校学科创新引智计划项目(D17021) 北京市自然科学基金项目(4212048) 

主　　题：光纤光学 游标效应 级联法布里-珀罗 光纤布拉格光栅 温度传感器 

摘      要：为实现高精度温度传感,设计了一种基于游标效应和铝合金基底增敏的复合结构的光纤温度传感器。该传感器由空芯光纤和单模光纤形成的级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)、与级联FPI串联的光纤布拉格光栅(FBG)和铝合金基底构成。利用三光束干涉理论、光束传播法、有限元分析,阐述了其反射光谱、传输光场、热力学等特性。通过控制空芯光纤和单模光纤的几何长度,可灵活地调整游标效应增敏倍数和温度测量分辨率。该复合结构的设计不仅可以测量温度的微小变化量,还可以测量温度的绝对值。实验结果表明,基于游标效应的级联FPI和FBG的温度灵敏度分别为138.4 pm/℃和37.4 pm/℃,传感器的温度重复性和快速响应性良好,可以广泛应用于高精度测量领域。