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激光与光电子学进展
Laser&O
p
toelectronicsPro
g
ress
中国激光
杂志社
光子晶体光纤传感器研究进展
马
健
,
余 海 湖
,
熊 家 国
,
郑
羽
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室
湖北 武汉
摘要
光子晶体光纤
具有许多不同于普通光纤的特性
将
应用于传感领域是近年来的研究 热 点
介绍
了
的基本结构
导光原理及制备方法
概述了干涉型
吸收型
荧光型
表面等离子体共振型
拉曼散射型及光
栅型
传感器的原理及国内外研究进展
分析了其应用领域和优缺点
展望了
传感器的发展趋势
关键词
光纤光学
光子晶体光纤
干涉仪
荧光
表面等离子体共振
拉曼散射
中图分类 号
文献标识 码
doi
:
.
/
LOP.
ResearchPro
g
ressofPhotonicCr
y
stalFiberSensors
MaJian YuHaihu Xion
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Jia
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Yu
NationalEn
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Laborator
yf
orFiberO
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ticSensin
g
Technolo
gy
WuhanUniversit
y
o
f
Technolo
gy
Wuhan
Hubei
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
收到修改 稿日期
基金项目
国家自然科学基金
湖北省自然科学基金
作者简介
马
健
男
硕士研究生
主要从事光纤传感及特种光纤方面的研究
导师简介
余海湖
男
博士
教授
博士生导师
主要从事特种光纤及传感器方面的研究
通信联系 人
引
言
随着信息化时代的到来
物联网这一概念越来越频繁地被人们提及
作为物联网的关键组成部分
传感
器的重要性日益凸显
作为传感器的一个分支
光纤传感器发展至今已有
多年
并以 优异 的性 能占 据重
要地位
如航天
军事等领域对光纤陀螺仪
光纤电流传感器
光纤水听器等产品有大量需求
光子晶体光纤
是一类在包层区域具有二维周期性折射率变化的特殊光纤
可通 过引 入空 气孔 结
构或多组分材料进行制备
这种包层微结构使得
成为独特的光波导以及具有色散可调制
传输可控
等特性
并且这些特性与光纤结构密切相关
即通 过改 变结 构参 数可 改变
的特 性
故自 其诞 生以
来一直受到人们的广泛关注
不仅在脉冲压缩
高次谐波
超连续谱
色散调控
粒子传输等方面
具
有很大的应用价值
也为光纤传感器的设计提供了新的选择
近年 来
基于
的传 感技 术引 起诸 多研 究
者的兴趣
各种具有优异性能的新型传感结构不断被提出
因此
传感器具有广泛的发展前景
激光与光电子学进展
本文分别介绍了几种
传感器的原理及国内 外研 究进 展
对其 各自 应用 领域 和优 缺点 进行 了分 析
并对
传感器的未来发展趋势进行了展望
原理及制备方法
年
等
提出在二维光子晶体中引入 线形 缺陷
光子 带隙 的作 用使 得某 些频 率的 光局 限
于线型缺陷中
从而可达到传导光的目的
年
拉制 成功
但其纤 芯 为实芯 结 构
包层空 气 孔的引
入使纤芯折射率高于 包 层 整 体 折 射 率
与 普 通 光 纤 一 样 按 照 全 内 反 射 原 理 导 光
称 为 折 射 率 引 导 型
年
基于光子带隙原理的
被提出
光子 带隙 型
的纤 芯具 有较 大的 空气 孔
当光
在纤芯中以某个角度入射至包层微结构时
包层的周期性结构使光产生多重散射
多重散射引起的干涉减弱
将导致光无法通过包层微结构而返回纤芯
即在某一特定传播常数
β
下
如果光的频率落入包层微结构的光
子带隙之中
光就会受到包层的排斥而被限制在纤芯中
的制备方法有堆拉法
挤压法
化学腐蚀法和机械钻孔法等
堆拉法是目前采用较多的方法
利用
该方法制作的
种不同类型的
的扫描电子显微镜
图片 如图
所示
主要 步骤 为
将空 芯
实
芯石英棒拉制成所需尺寸的毛细管
细棒
堆栈成 所需 要的 形状 并紧 密套 入尺 寸较 大的 空芯 石英 棒中
图
将堆栈后的结构拉制成中间体预制棒
图
将中间体预制棒再次紧密套入一定尺寸的空芯
石英棒中
形成光纤预制棒
再拉制光纤预制棒以得到
图
需要注意的是
在中间体预制棒及光
纤成品的拉制过程中
压力控制决定气孔的形状及大小
堆拉法的优点是无需引入其他特殊设备
普通光纤
拉丝塔即可满足生产条件
且所制备预制棒成品的轴向均匀度好
缺点是堆积时易引入灰尘
水分等杂质
从
而降低光纤性能
图
的
图像
黑色区域为空气孔
折射率引导型
光子带隙型
图
采用堆拉法制备
的示意图
细管堆栈
中间体预制棒的拉制
的最终拉制
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