8/20/2021，長盈通光電開發(fā)出三種結(jié)構(gòu)、含有一個(gè)流體通道的特種雙芯光纖（Dual-Core Fiber，DCF），并且應(yīng)用于馬赫-澤德溫度傳感器中。



   三種不同結(jié)構(gòu)的含有一個(gè)流體通道的特種雙芯光纖橫截面圖，其典型特征是其中一芯嵌入或緊靠流體通道，作為信號測量臂，另一芯則遠(yuǎn)離流體通道，作為信號參考臂。

   在該特種雙芯光纖的流體通道中注入一定長度的甘油或硅油溶液（類似溫度計(jì)的氣封），同單模光纖（Single-Mode Fiber，SMF）及多模光纖（Multi-Mode Fiber，MMF）進(jìn)行級聯(lián)，構(gòu)成馬赫-澤德溫度傳感器的基本傳感單元。


馬赫-澤德溫度傳感器的基本傳感單元結(jié)構(gòu)

   溫度變化會(huì)影響流體通道中甘油或硅油溶液的折射率，進(jìn)而改變嵌入或緊靠流體通道纖芯中傳輸光模式的有效折射率，而對另一根作為信號參考臂的纖芯無影響。通過監(jiān)測這兩根纖芯的相干光譜變化，可知道外界環(huán)境溫度的變化情況。

   通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真對傳感器性能進(jìn)行了驗(yàn)證。當(dāng)在流體通道中注入不同長度的甘油或硅油溶液時(shí)，兩根纖芯的相位差會(huì)隨溶液距離進(jìn)行累積，最終獲得的干涉光譜也會(huì)有區(qū)別。通過解調(diào)干涉光譜的相位差，可以獲得譜線漂移同溫度變化之間的關(guān)系。

   選擇不同結(jié)構(gòu)的特種雙芯光纖，填充不同長度的甘油或硅油溶液，可獲得不同精度和溫度量程的傳感器。一般來說，在25~45℃的溫度范圍內(nèi)，其溫度的譜線漂移靈敏度在~3nm℃，最大可達(dá)~6nm℃。



   采用第一種雙芯光纖結(jié)構(gòu)時(shí)，(a)注入15cm甘油溶液時(shí)，25至29°C范圍內(nèi)測量到的傳感器光譜變化；(b)25至40°C范圍內(nèi)，不同溫度時(shí)光譜變化的實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果對比。



   采用第二種雙芯光纖結(jié)構(gòu)時(shí)，(a)注入13cm硅油溶液時(shí)，25至27°C范圍內(nèi)測量到的傳感器光譜變化；(b)25至44°C范圍內(nèi)，不同溫度時(shí)光譜變化的實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果對比

該種利用特種雙芯光纖的溫度傳感器具有良好的魯棒性和穩(wěn)定性，在高精度溫度監(jiān)測中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考：
[1] H Qiu, C Zhao, X Hu, H Chen, Q Yu, Z Lian, H Qu, “Glycerol–Water Solution-Assisted Mach–Zehnder Temperature Sensor in Specialty Fiber with Two Cores and One Channel”, Photonics 8 (4), 103, 2021.
[2] C Zhao, H Qiu, H Chen, X Hu, Q Yu, Z Lian, J Li, H Qu, “In-fiber Mach-Zehnder temperature sensor using silicone-oil-filled dual core fiber”, Sensors and Actuators A: Physical 323, 112644, 2021.
[3] H Chen, X Hu, X Chen, Q Yu, Z Lian, H Wang, H Qu, “In-line interferometric temperature sensor based on dual-core fiber”, IEEE Sensors Journal, 2021。