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    188宝金博页面版: [精品]光子晶体光纤传感器的研究进展

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    内容提示： 2008年第 2期仪 表 技 术 与 传 感 器Instrum entTechn iqueandSensor2008No 2基金项目 : 河 北 省 教 育 厅博 士 基 金 ( B2004502); 河 北大 学 博 士 基 金( 2004028); 河北省基金预研项目 ( 2005Y12)收稿日 期: 2007- 04- 30收修改稿日 期: 2007- 09- 29光子晶体光纤传感器的研究进展苏红新, 王 坤, 崔建华, 郭庆林(河北大学物理科学与技术学院, 河北保定 071002)摘要: 简 要介绍了 光子晶体光纤的基本结构、 导光原理和主要特性。 依据传感机理将光子晶体光纤传 感器分为 4类:吸收型光子晶体光纤传感器、荧光光子晶...

    文档格式：PDF | 页数：3 | 浏览次数：101 | 上传日期：2015-03-09 03:34:59 | 文档星级：
    2008年第 2期仪 表 技 术 与 传 感 器Instrum entTechn iqueandSensor2008No 2基金项目 : 河 北 省 教 育 厅博 士 基 金 ( B2004502); 河 北大 学 博 士 基 金( 2004028); 河北省基金预研项目 ( 2005Y12)收稿日 期: 2007- 04- 30收修改稿日 期: 2007- 09- 29光子晶体光纤传感器的研究进展苏红新, 王 坤, 崔建华, 郭庆林(河北大学物理科学与技术学院, 河北保定 071002)摘要: 简 要介绍了 光子晶体光纤的基本结构、 导光原理和主要特性。 依据传感机理将光子晶体光纤传 感器分为 4类:吸收型光子晶体光纤传感器、荧光光子晶体光纤传感器、 干涉型光子晶体光纤 传感器、 光子晶体光纤光栅传感器 , 分别对其工作原理、 结构、特点和研究进展进行了 讨论。关键词: 光子晶体光纤; 传 感器; 消逝波; 荧光; 干涉仪; 光纤光栅中图分类号: TP212文献标识码: A文章编号: 1002- 1841( 2008) 02- 0006- 03Research Progress ofPhotonic Crystal F iber SensorSU H ongxin, WANG Kun , CU I Jianhua , GUO Q ing lin( College ofPhysica l Science and Technology, HebeiU niversity , Baoding 071002 , China)Abstract : The bas ic structure, gu iding princip le and the characteristics of the photon ic crystal fiber w ere introduced briefly.A ccording to the principle of sensing , photon ic crystal fiber sensors are d ivided into f our k inds :the absorbable photon ic crystal fiber sensors ,the fluorescent photon ic crystal fiber sensor ,the interferential photonic crystal fiber sensors and the photonic crystalfiber gratings sensor . Them echanism, structure,characteristics and the progress of these photon ic crystal fiber sensors w ere d iscussed respectively.K ey words : photon ic crystal fiber ;sensor ; evanescent w ave ;fluorescence;interferom eter ;fiber grating0引言光纤传感器具有灵敏度高、 抗干扰、 结构 简单、 体积 小、质量轻、 光路可弯曲、 对被测 介质影响 小、 便于形 成网 络等优点, 有着广泛的应用前景。 然而,采用 普通光纤作为 敏感元件的光纤传感器存在 一些难以克 服的 缺点, 如:耦合损耗较大、 保偏特性差和存在交叉敏感问题等, 限制了 光纤传感20世纪 90年代中期[ 1], 研制出 一种光器性能的进一步提高。子晶体光纤 ( Photon ic crystal fiber ,[ 2], 如: 无截止的单模特性、 低损 耗特性、 灵活的 色散PCF)。 这种光纤具有许多优点特性、 可控的非线性、 极强的双折射效应以及 可进行微结构设计改造等, 采用 光子 晶体光 纤构 成的光 纤传感器有望 解决这些问题。 近年来, 光子晶体光 纤传感器受到 各国 研究 人员的重视[ 3- 5], 已经有相关的研究报道。1光子晶体光纤简介光子晶体光 纤 ( PCF), 也 称 为微结 构光 纤 (M icrostructu re fiber) 或者多孔光纤 (H oly fiber) 。 根据 其导光 机制 的不同, 一般可分为两种: 一种是全内反射 (T IR) 型光子 晶体光纤; 另一种是光子带隙 ( PBG ) 型光子晶体光纤。典型 TIR 型光子晶 体光纤一般由石 英材料构 成, 其纤芯是实心的, 而包层为多孔结 构, 截面如图 1 ( a) 所示。 存在气孔的目 的是减小包 层的 有效折射率, 使纤芯 折射率比 包层的有效折射率高, 从而 把光 子限制在纤芯中。 这种 光纤最主要的特点是具有无截止的 单模特性, 从近紫外 到近红外 全波段可维持单模运行; 它 还有良好的 色散特性, 并且零色散点可以通过调整空气孔 的直径来进行调 节; 它的 模场面积可以根据需要进行灵活设计, 通过对横截面结构 设计, 还可以 得到高双折射光 纤。 另外,这种 光纤还有弯曲 损耗小、 可控的非线性等其他的优点。PBG 型光子晶体光纤一般也是由石 英材料构成, 但是其纤芯 (一般是空 气或真空的 )的折射率比包层的有效折射率要低 ,如图 1( b)所示。 它的 导光原 理基于光 子带 隙 ( PBG )效应, 这与传统的光纤有着本质的不同, 因此又称为 PBG 光纤。 这种光纤包 层中 的 气孔 必须 按周 期排列, 从而形成 二维光子晶体结构, 在包层中形成了 二维光子带 隙。 但是, 由 于的 纤芯折射率比包层中空间填充模 ( space filling m ode)的有效折射率低, 这样就在二维带隙中 产生一个缺陷, 形成不完全的光 子带隙结构 ,PBG 光纤就是用这种 不完 全的光 子带 隙结 构来导 光的。 由 于PBG 光纤中的大部分光 都集中在中空的芯区, 所以光 在进入光纤时没有菲涅耳反射, 因此 耦合效率很高; 并且与材料本身 有关的吸收损耗、 色散效应和非线性效应等都会大大降低。( a)T IR型 PCF( b)空气芯 PBG型 PCF图 1PCF截面图由于光子晶体光纤具有上述独特的结构 和导光 特性, 使其

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