第36卷，第5期 2016年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.36,No. 5,pp1560-1564
May,2016
基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德于涉仪的研究
孙明明，王剑锋，金永兴，董新永申国计量学院光学与电子料技学院，浙江杭州310018
摘要研究了一种基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪，进行了液位和曲率的测量实验，利用错位结构将纤芯模式激发到包层，包层模式经过花生形结构被耦合到纤芯与原有的纤芯模式发生干涉。包层模式对外界物理量如折射率、应力的变化敏感，导致透射光谱漂移。波谷波长的漂移量与液位和曲率的变化成线性关系，利用波谷的漂移实现液位和曲率的测量。在液位实验中，在水位变化范围为1.00～5.00 cm时，波谷向短波方向漂移，灵敏度最高为一0.68nm·cm-1，线性拟合度为0.9954，在曲率实验中，曲率的变化范围为0.3～1.2m-1时，波谷向长波方向漂移，灵敏度最高为22.47nm·m，线性拟合度为 0.9864，表现出较高的灵敏度。错位结构和花生形结构被用于组成马赫-曾德干涉仪，用普通的光纤熔接机
和普通单模光纤即可熔接，结构和制作方法简单，灵敏度高，尤其在曲率的测量中表现出较高的灵敏度。关键词光纤传感器；马赫-曾德干涉仪；液位测量；曲率测量
中图分类号：TP212
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn, 10000593(2016)05156005
光纤传感器相对于机械，电子传感器具有独特的优势，
如抗电磁干扰，耐腐蚀，远程高灵敏度和能力传感，已经在很多行业得到了广泛的应用。典型的光纤传感器如长周期光栅1]，布拉格光栅[2]，F-P腔[3]，倾斜光栅4}]，以及光子晶体光纤[-汀等一些特种已经得到了广泛的应用。这些传感器具有优势，如响应参数，动态范围大、灵敏度高，但价格较高，熔接方法复杂。基于全光纤结构的马赫-曾德十涉仪具有简单的结构和熔接方法，参与干涉的包层模式对外界物理量的变化敏感，是光纤传感领域中的一个重要的方向并取得了许多成果(7-10]。
1测量原理
基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪结构
如图1所示，宽带光从光源输出，经过错位绪构时，一部分被耦合到包层，形成包层模式，另一部分沿着纤芯继续传播。当包层模式经过花生形绪构时，由于花生形绪构类似两个椭球透镜8，一部分包层模式被耦合到纤芯，与纤芯模式发生干涉。
收稿日期：2014-07-29，修订日期：2014-11-12
图1基于错位和花生形结构的马赫-曾德干涉仪的结构图
Fig. 1The MZI based on lateral-offset
and peanut-shape structure
透射光谱波谷波长为10
2nerL Am=2N+1
N=1,2,3,
(1)
式中，为纤芯模式和m阶包层模式的有效折射率差，L 为干涉仪的长度，
错位结构在熔接时，光纤的X轴纤芯错位，Y轴纤芯对准无错位，如图2(a)所示。模拟的纤芯模式和包层模式的场分布如图2(b)一(d)所示，X轴错位幅度分别为2，4和6 um。在模拟场分布图中，错位幅度的加大导致包层模式变强的同时纤芯模式变弱，二者相等时，干涉谱的对比度最大。根据最终的透射光谱图，选取适当的错位幅度来改善透射光谱的干涉效果
图3(a)和图3(c)分别表示长度为6.10和2.10cm的干涉仪在空气中的透射光谱，前者用于液位实验，后者用于曲
基金项目：浙江省公益项目（2014C33065），浙江省安全生产科技计划项目（2014A1004），国家(973)计划项目（2010CB327804)资助
作者简介：孙明明，1989年生，中国计量学院光学与电子科技学院硕士研究生
通讯联系人e-mail;jinyongxing@cjlu,edu,cn
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