引用本文：
李辉栋，雍振，张旋，等：基于MMF-GIF-MMF结构的MZI高灵敏度液体温度传感器[J]. 光通信技术，2019，43（7）：5-8.
李辉栋1，雍 振1，张 旋1，任 涛2
（1.西安石油大学 理学院，西安710065；2.西安市地下铁道有限责任公司 运营分公司，西安710000）
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要：为了便于检测液体温度，设计了一种基于光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）原理，结构为3段多模光纤级联的液体温度传感器。传感器由2段短阶跃多模光纤（MMF）和夹在中间的渐变多模光纤（GIF）组成，2段短MMF充当模式耦合器，GIF充当传感臂。从理论上分析了该传感器输出干涉光谱波谷的中心波长随外界溶液温度变化的规律并进行了相应的实验研究。实验结果表明：液体温度变化范围为20 ℃~90 ℃时，中心波长的变化与液体温度变化有单调递增的线性关系，对应的灵敏度为64.14 pm/℃;为了进一步提高传感器灵敏度，对传感器的传感臂进行腐蚀，灵敏度增至98.14 pm/℃。
关键词：多模光纤；光纤马赫-曾德尔干涉仪；液温传感；腐蚀
中图分类号：TN914 文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2019）07-0005-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.07.002
0 引言
在生物医药、纺织造纸工业等领域中，液体温度的监测是其工业制造环境中的关键要素之一。大多数温度传感器是基于光纤布喇格光栅（FBG）和长周期光栅（LPG）的原理[1-3]制作的，但这些基于光栅的传感器对光纤光栅的刻录精确度和光刻工艺要求高，且相位掩模版价格昂贵。而光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）[4-6]因其成本低、制造方便和光纤的内在特性等优势，近年来在温度传感上受到越来越多的关注。Su J等人[6]提出了一种基于多模-多模-多模光纤结构的双参数传感器，并进行了实验验证，但该设计中没有消除交叉灵敏度，忽略了折射率对温度测量的影响。Ahmed F等人[7]提出将光纤光栅嵌入在超细光纤维MZI传感器中测量温度和折射率，该传感器在25 ℃~95 ℃范围内可以达到51.10 pm/℃的温度灵敏度，且对液体折射率不敏感。然而，制作该传感器的技术复杂，还存在光纤锥度平坦区域的长度不易控制和光纤的机械强度受到严重影响的问题。
基于此，本文将不同折射率性质的多模光纤（MMF）熔接制作成一种用于液体温度测量的光纤MZI传感器。
3 结束语
本文介绍了一种基于MMF-GIF-MMF结构的光纤MZI传感器，其中作为传感臂GIF长度为20 mm。环境液体温度的改变，使干涉条纹中心波长漂移。实验测得了腐蚀前后传感器的温度响应：液体温度变化范围在20 ℃~90 ℃时，腐蚀前传感器的温度响应灵敏度为64.14 pm/℃，线性度良好，为0.995；腐蚀后，灵敏度增至98.14 pm/℃，线性度良好，为0.993。本传感器在生物、医学领域有较好的应用前景。