引用本文:

王金豆,葛海波,李彩虹,等. 倾斜长周期光纤光栅的折射率传感特性[J]. 光通信技术,2020,44(4):23-25.

倾斜长周期光纤光栅的折射率传感特性

王金豆,葛海波,李彩虹,侯元萌

(西安邮电大学 电子工程学院,西安 710121)

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摘要:为给倾斜长周期光纤光栅在折射率传感领域的合理应用提供理论参考,通过光学仿真软件分别模拟了不同包层模式、不同包层半径情况下有效折射率及谐振波波长漂移量的变化规律。仿真结果表明:光栅各阶包层的有效折射率均会随环境折射率的增大而增大,且半径越小的高阶包层模灵敏度越高;根据谐振波波长偏移量与环境折射率的变化规律,在实际应用中可以选择不同的参数来满足不同的灵敏度需求。

关键词:倾斜长周期光纤光栅;折射率传感;灵敏度;谐振波;环境折射率

中图分类号:TN257  文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)04-0023-03

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.04.005

0 引言
        折射率传感技术是目前研究光纤光栅传感的热门议题,折射率作为一个基本的光学参量,它的测量在各行各业都有着巨大的用途,所以光纤光栅折射率传感器正处于不断深入的研究之中[1]。根据光纤光栅的周期长短不同,可将周期性的光纤光栅分为短周期(Λ<1 μm)和长周期(Λ>1 μm) 2类[2],小于1 μm的短周期光纤光栅称为光纤布喇格光栅,光纤布喇格光栅对环境折射率并不敏感,虽然可以利用腐蚀包层的方法测量折射率[3],但这种方法同时也会降低光纤的机械强度;而周期为几十至几百微米的长周期光纤光栅(LPFG),其同向传输的纤芯基模会与包层模发生耦合,无后向反射,LPFG较光纤布喇格光栅而言,具有更高的折射率灵敏度,其谐振波长容易受到环境折射率的影响[4,5]。国内外关于折射率传感器的研究已有很多,但大多是关于LPFG的传感器研究[6-9]。目前,国内外关于倾斜长周期光纤光栅(TLPFG)传感特性研究的还很少,而TLPFG由于其光栅波矢方向和轴向之间存在一定的夹角(夹角使得光栅包层模与纤芯模之间的耦合加强),与普通的LPFG相比,倾斜角度可以根据需求灵活改变[10]。基于这种原理,本文研究TLPFG的折射率传感特性。

3 结束语
       本文对TLPFG的折射率传感特性进行了研究,采用数值仿真方法讨论了TLPFG包层模式的有效折射率和谐振波波长随外界环境折射率的变化关系。仿真结果表明:半径越小的高阶包层模灵敏度越高,且环境折射率的变化会影响高阶谐振波环境折射率的灵敏度及线性度。因此,在实际应用中可以通过设置环境折射率、包层半径等参数来调整谐振波波长的漂移量,从而满足不同的灵敏度测量需求。此外,本文的研究对于TLPFG在折射率传感领域的设计和优化也具有一定的参考价值。