第36卷，第11期 2016年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 11·pp3726-3731
November, 2016
折射率不敏感的级联型单模-少模-单模光纤温度传感器付兴虎，张顺杨，刘强，谢海洋，韩学文，杨传庆，付广伟，毕卫红*
00990智
摘要提出了一种折射率不敏感的级联型单模-少模-单模光纤温度传感器，在制作传感器的过程中，设置熔接电流为100mA，通过将少模光纤与单模光纤进行无错位熔接，以激发稳定的传输模式，形成光纤马赫曾德尔干涉仪。由于外界环境的改变会引起少模光纤中不同模式之间相位差的改变，从而导致干涉条纹的漂移，因此通过检测干涉条纹的漂移量就可以实现待测参数的检测。少模光纤可以传输LPo1，LPi，LP21， LP2共四种模式的光。实验中对长度为81.5mm的传感器光谱进行分析可知，发生干涉的两个模式主要是 LP。模和LP模。利用该长度的级联型单模-少模-单模光纤传感器进行折射率和温度传感实验，结果表明，随着传感器温度不断的增加，其传输光谱出现了明显的蓝移现象，在27.6～93.8℃的温度变化范围内，灵致度高达一85.9pm·C-1，且具有较好的线性度；在甘油折射率为1.3471～1.4439变化范围内，其传输光谱没有出现明显的漂移现象，灵敏度仅为3.69734nm·RIU-1，具有折射率不敏感特性。因此，相对于传统的包层模干涉型与多模干涉型光纤传感器，所提出的基于FMF的传感器更易于实现对传输模式的控制与分析，且具有结构简单、易于制备、灵敏度高等优点，能够避免温度与折射率同测的交叉敏感问题，可用于
电力系统、生物医学、航空航天等领域的温度检测。关键词少模光纤；温度；折射率；级联
中图分类号：TN253
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn, 10000593(2016)11-3726-06
9.8pm·C-"；Pakel17)等提出了一种在光纤布拉格光栅涂覆聚二甲基硅氧烷的温度传感器，温度灵敏度可从10 pm·℃-1增加到42pm·℃-1。萨格奈克干涉型，如萘菲[18]
温度是表示物体冷热程度的物理量。在气象、材料、工业、航空、医药等领域中，温度的准确检测具有举足轻重的作用。光纤具有体积小、重量轻、不受电磁干扰、耐腐蚀等特点1-4，可以用来制备各种类型的温度传感器。目前，常见的光纤温度传感器主要有级联型5-8}、光纤光栅型-11}、萨格奈克干涉型(12-13]等。
级联型，如童峰嵘14等提出了一种基于多模-单模-多模(multimode-singlemode-multimode，MSM）结构与布拉格光栅（fiberbragggrating，FBG)级联同时测量温度和折射率的传感器，实验中测得的MSM结构与FBG的温度灵敏度分别为55.2和15.8pm·℃-1，Hatta15}等提出了一种基于单模多模-单模光纤结构的温度传感器，在特定波长处实现了宽范围的温度测量，光纤光栅型，如姜德生16等利用氢敏化处理的多模光纤制作了多模光纤光栅，其温度灵敏度达到了
收稿日期：2015-12-28，修订日期：2016-04-19
等通过在边孔光纤中注人乙醇溶液，利用乙醇的折射率随温度的变化，改变边孔光纤的双折射系数，从而使萨格奈克干涉仪的输出谱发生波长漂移，实现了温度传感；Lim9)等提出了一种利用两段保偏光纤构成的萨格奈克干涉仪，所形成的温度传感器灵敏度可达65.3pm·C-1。以上文献对传感器的温度响应特性进行了深人且有意义的研究。但是，在测量温度时，常常会受到外界环境折射率的影响，导致测量结果不准确。针对这种情况，本文旨在探索一种结构紧凌、制备简单、灵敏度高、且对折射率不感的光纤温度传感器，
少模光纤（fewmodefiber，FMF）是一种传输模式数量
介于单模光纤（singlemodefiber，SMF）与多模光纤（multi modefiber，MMF)之间的新型特种光纤。相对于传统的包层模干涉型与多模干涉型光纤传感器而言，基于FMF的传感器更易于实现对传输模式的控制和分析。本文提出了一种折
基金项目：国家自然科学基金项目（61205068，61475133，61575170），河北省自然科学基金项目（F2015203270），河北省高等学校青年拨尖
人才计划项目（BJ2014057），燕山大学新锐工程"人才支持计划和燕山大学信息学院优秀青年基金项目（2014201)资助项目
作者简介：付兴虎，1981年生，燕山大学信息科学与工程学院副教授
方方数据系人e-mail：whbi@ysu.edu.cn
e-mail; fuxinghu@ysu, edu, cn