使用单个双螺旋手性长周期光栅同时进行应变和温度测量

本研究论文《使用单个双螺旋手性长周期光栅同时进行应变和温度测量》由华兴徐和李阳撰写，他们来自中国科学技术大学电子工程与信息科学系，位于安徽省合肥市。论文提出了一个新型的传感方案，通过利用单个双螺旋手性长周期光栅（Double-helix Chiral Long Period Grating, CLPG）中的两个偏振选择性耦合进行应变和温度的同时测量。 在文章中，首先对右旋和左旋圆偏光（RCP和LCP）核心模式到LCP包层模式的两个耦合的光谱特性进行了分析。这一分析是在右手椭圆芯CLPG中进行的。随后，分别对耦合到包层模式的温度和应变的光谱响应进行了研究。研究发现，在温度和应变扰动下，两个耦合的波长位移具有良好的线性，并且方向相反。通过实验验证了同时测量的可能性。 光纤光栅相比于传统电子和替代光纤传感器配置有很多优势。它们相对简单、成本低廉、抗电磁干扰和中断、轻便、体积小，并且具有线性的自参考响应特性。因此，光纤光栅正在快速发展为环境传感，如温度、应变以及液体或气体的外部折射率的监测。 多参数传感基于光纤光栅特别有吸引力。许多传感方案已经被提出，包括使用多个长周期光栅（Long Period Gratings, LPGs）或光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings, FBGs），单个LPG的多重共振，单个FBG的不同衍射级次，或者FBG/LPG混合传感器。 在此研究中，展示了一种通过在熔融状态下旋转特殊光纤制造的双螺旋手性长周期光栅可以同时进行温度和应变传感。它利用了右手椭圆芯CLPG中右手和左手圆偏光核心模式与左手偏光包层模式的两个共振带。研究团队指出，两个耦合的波长位移对于温度和应变扰动的响应是线性的，并且方向相反。 这项研究为多参数传感领域提供了新的解决方案，并展示了CLPG在环境监测中的潜力，特别是在需要对温度和应变同时进行精确测量的应用场景中。通过验证双螺旋手性长周期光栅用于应变和温度传感的可能性，本研究进一步推动了光纤传感技术在工业和环境监测中的应用。 这项工作不仅在技术上具有创新性，还因为CLPG的双螺旋结构使得其能够同时感应温度和应变，从而扩展了光纤传感的潜力。在实际应用中，这项技术可以减少对多个传感器的需求，简化传感系统设计，并可能降低成本和维护的复杂性。这为光纤传感技术的发展开辟了新的方向，并且将对工业传感和结构健康监测领域产生积极的影响。