設計了一種基于光纖馬赫曾德爾干涉儀的優(yōu)化雙凹錐結構。該結構通過單模光纖和保偏光纖之間使用不充分的電弧放電熔接制作而成,可以實現(xiàn)應變和溫度的同步測量.凹錐中部的球形纖芯可以進一步地調控包層和纖芯中的光能量分布,經優(yōu)化幾何參數(shù)后的結構可以獲得16 dB的干涉條紋消光比,大于相同參數(shù)下的雙凹錐結構。傳感實驗表明所提出的結構在0～244.35με和25～50℃的范圍內分別具有±1.616με和±0.79°C的高分辨率。由于交叉敏感導致兩個參數(shù)的測量誤差均小于1×10^-3%.這種結構為同時測量應變和溫度提供了一種有效的方法,可應用于精密儀器測量中. 

【文章來源】：光子學報. 2020,49(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

DOT結構制作過程示意圖

PMF的截面圖如圖2(a）所示，纖芯、包層、應力區(qū)直徑分別表示為R1、R2、R3.DOT結構如圖2(b）所示，由兩段導入/導出SMF和一段PMF組成.當光傳播到一級凹錐區(qū)域時，部分光能量泄漏到包層區(qū)域并激發(fā)出多種包層模式，并同時沿PMF的x、y兩正交方向傳輸.凹錐中部的球狀纖芯區(qū)域在原凹錐分光比的基礎上進一步實現(xiàn)纖芯能量Icore和包層能量Icladding的分配，入射光沿著PMF以能量包的形式從前面的光纖模式隨機傳播到后面的光纖模式，且在傳輸過程中偏振模式保持恒定.當入射光傳輸?shù)降诙䝼�凹錐區(qū)域時，大多數(shù)包層模式功率將重新耦合到纖芯中，從而導致不同光纖模式之間的耦合.該MZI結構中兩個凹錐區(qū)域分別充當光纖分束器、合束器的作用.一個典型的雙模MZI結構，根據相位匹配條件Δφ=(2N+1)π發(fā)生干涉，且N為整數(shù).則干涉谷的特征波長可以表示為式中，ncoeff和ncleff分別表示纖芯和包層模式的有效折射率，λ為入射光的波長，L為PMF的長度.

根據圖2(a）所示的PMF的截面結構建立仿真模型，其中R1=125μm,R2=7μm,R3=30μm.利用有限元方法模擬了光纖結構中的模式場分布情況.不同偏振方向的包層模式對應的傳播常數(shù)基本一致，因此可以近似簡并為同一個包層模式.如圖3(a）所示為不同錐區(qū)直徑與光纖模式傳播常數(shù)的關系，可以看出當光纖直徑從125μm減小到30μm時，由于破壞了幾何形狀導致PMF中存在的應力被釋放，對應纖芯模的傳播常數(shù)逐漸減小.纖芯模式和各階包層模式之間的傳播常數(shù)差逐漸減小，導致纖芯模式與不同包層模式發(fā)生不同程度的耦合.由于纖芯模式LP01與包層模式LP11之間的傳播常數(shù)差很小，耦合區(qū)域內該兩種模式之間的平均傳播常數(shù)差，所以主要發(fā)生LP01和LP11模式間的干涉，其他模式僅對光譜起到輕微調制作用.在保證實驗參數(shù)一致的情況下分別制作L=1～5 cm的DOT干涉結構，對應的透射光譜如圖3(b）所示.由圖3可知，在同一波段范圍內的干涉谷數(shù)目與干涉長度呈正相關，且自由光譜范圍（Free Spectral Range,FSR）逐漸減小.其中對于L=5 cm的結構，由于FSR的理論值和實驗值之差為0.046 25 nm，因此我們選擇干涉長度為5 cm的結構進行后續(xù)實驗研究.圖3 基于DOT結構的模式干涉分析


本文編號：3611286