基于多模-细芯-多模光纤结构的Mach-Zehnder干涉仪的温度传感实验研究

摘要

介绍了一种基于纤芯失配的光纤Mach-Zehnder干涉(MZI)液体温度传感器.在长度为20mm的细芯光纤两端各熔接一段长为2mm的多模光纤,然后将该结构接入单模光纤的光路之中,构成单模光纤-多模光纤-细芯光纤-多模光纤-单模光纤的光纤传感结构.该结构中细芯光纤起到传感臂的作用,两段多模光纤起到光纤耦合器的作用.当光经过第一段多模光纤时,将在细芯光纤中激发出纤芯模和包层模,纤芯模和包层模具有不同的模式有效折射率,传输至第二段多模光纤时就产生了光程差,经过第二段多模光纤耦合进入导出光纤而发生干涉,从而形成MZI.环境溶液温度的变化会引起模式折射率的变化,进而引起纤芯模、包层模光程差的变化,这将会使传感器的干涉谱峰值波长发生漂移.通过测量干涉谱峰值波长漂移量可以实现对液体温度变化的监测.并对所制作的传感器进行了环境溶液温度响应特性实验研究,实验结果表明干涉谱峰值波长漂移量与溶液温度变化量之间存在良好的线性关系,当环境溶液温度变化范围在26～90℃时,传感器相应灵敏度为42.6pm/℃,线性度为0.994,且该传感器能够很好的消弱环境液体折射率变化对干涉谱峰值波长的影响,溶液折射率在1.345～1.403变化范围时,灵敏度仅为0.247nm/RIU.