基于多模光纤和上锥度的光纤马赫曾德尔干涉仪，用于曲率传感

本文介绍了一种新型的曲率传感器，该传感器由一段多模光纤（MMF）和一个上锥度构成，并已经通过实验验证了其性能。这种传感器的制作过程相对简单，传感器头部成本效益高。测量结果表明，它具有最大的曲率敏感度为61.877nm/m-1（在光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）中报告的最高值），以及在0.865m-1到1.1172m-1范围内的曲率敏感度为9.2115nm/m-1。此外，传感器还实现了在20-80℃范围内的温度敏感度为89.01pm/℃，这表明它具有进行温度测量的可能性。 光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）因其紧凑结构、易于制造和低成本而引起了极大的研究兴趣。MZI可以通过引入模式分光器和模式合成器来形成，以实现核心模式和包层模式的耦合与再耦合。这种MZI已经广泛用于测量各种参数，如折射率、温度、应变等。 常见的基于在线MZIs的曲率传感器是通过连接不同种类的光纤来制作的，例如，在两段单模光纤（SMF）之间连接一段多模光纤（MMF），或者将两根石英光纤连接成光子晶体光纤（PCF），或者连接一根保偏光纤（PMF）。然而，基于PCF或PMF的结构曲率灵敏度较低。Frazão提出了一种利用多模光纤与长周期光栅级联的马赫-曾德尔干涉仪。 对于光纤传感器来说，模态干涉是一个关键因素。通过改变光纤的几何形状或折射率分布，可以调整传播模式之间的相位差。特别是通过改变光纤的几何形状，可以实现对特定模式的相位差的调节。例如，通过在光纤中创建一个锥度，可以改变光波的传播模式，进而改变光波在光纤中的传播路径，从而达到测量的目的。 研究中提到的上锥度技术是一种在光纤的末端创建锥形结构的技术。通过这种方式可以改变光在光纤中的传输特性，增强光波之间的干涉效应，提高传感器的灵敏度。该技术在光纤传感器中有着广泛的应用。 温度和曲率是影响MZI传感器性能的关键因素。通过精确测量MZI的干涉光谱变化，可以对温度和曲率变化进行准确的测量。本文介绍的传感器在一定范围内实现了较高的温度敏感度，这为温度的测量提供了可能。 此外，研究者们还发现了传感器结构的一些其他优点，例如响应速度快，结构简单，成本低廉，对环境的适应能力强等。这些优点使得基于多模光纤和上锥度的光纤马赫-曾德尔干涉仪在曲率传感领域具有广阔的应用前景。 本文的创新之处在于提出了一个新的曲率传感机制，不仅提高了曲率灵敏度，而且由于其结构上的优势，能够同时实现温度的测量。这种传感器的设计为光纤传感技术提供了一种新的思路，并有可能在光纤传感领域引发进一步的创新和应用。 为了实现这种新型传感器的实用化，未来的研发工作将集中在提高传感器的稳定性和重复性，优化传感器的设计以适应不同的应用场景，并降低生产成本。此外，也需要对该传感器的长期可靠性和抗干扰性能进行深入研究，以确保其在各种复杂环境中的有效性和稳定性。