引用本文:

廖凌云:特殊LPFG温度传感器的灵敏度特性研究[J]. 光通信技术,2018,42(1):28-30.

特殊LPFG温度传感器的灵敏度特性研究

廖凌云

(南京邮电大学 光电工程学院,南京210000)

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摘要:普通长周期光纤光栅(LPFG)温度传感器的灵敏度较低,在一些需要对温度进行精确测量的领域中,该传感器的使用受到限制。为了解决这一问题,从理论上分析了LPFG温度传感器的灵敏度影响因子,并且依据理论分析,选取特殊的聚合物聚氯乙烯(PVC)和环氧树脂作为纤芯材料来进行灵敏度研究。仿真研究发现,与普通LPFG温度传感器相比,在一定的温度范围内,使用环氧树脂作为纤芯材料的光纤光栅温度传感器具有较大的温度灵敏度,在25℃~30℃之间温度灵敏度可以达到37.8nm/℃,相当于普通纤芯LPFG温度传感器的16倍。该结论表明,使用环氧树脂作为纤芯材料可以提高LPFG温度传感器的灵敏度,进一步拓展光纤光栅传感器的应用范围。

关键词:长周期光纤光栅;谐振波长;热光效应;热光系数

中图分类号:TN929.1  文献标志码:文章编号:1002-5561(2018)01-0028-03

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.01.008

0 引言
       长周期光纤光栅(LPFG)是一种纤芯折射率沿轴向存在周期性调制的光栅结构,光栅周期一般为100~1000μm。LPFG与普通光纤光栅和光纤布喇格光
栅(FBG)相比具有许多优点:LPFG没有背向反射光谱,不会影响光源的稳定性;LPFG的光谱带宽较宽,其前向传播的纤芯导模与包层模之间会发生模式耦合。因为LPFG具有易与光纤耦合、插入损耗低、结构简单和体积小等优点,所以日益受到人们的关注[1]。
       但是,普通LPFG温度传感器的灵敏度较低,使其在一些需要精确测温领域的使用受到了限制[2]。因此,为了增加LPFG温度传感器的灵敏度,本文使用特殊聚合物材料作为LPFG的纤芯材料,并对该LPFG温度传感器的灵敏度特性进行研究。

3 结束语
      本文通过对LPFG耦合模式进行理论分析,得出热光效应与LPFG温度传感器谐振波长之间的关系。我们分别选取PVC和环氧树脂作为纤芯材料来提高热光效应,并利用OptiGrating仿真软件分析了纤芯材料的热光系数与LPFG温度传感器灵敏度之间的关系。仿真结果表明,选取具有合理热光系数的纤芯材料可以很大地提高LPFG温度传感器的灵敏度,并且在25℃~30℃之间温度灵敏度可以达到37.8nm℃,相当于普通纤芯LPFG的16倍。利用这一特点,可以使LPFG温度传感器在高精度测量方面有很好的应用,而且由于LPFG在传感器方向的许多优势,使得高灵敏度LPFG温度感器能广泛运用到各行各业中。