基于对称双芯光纤耦合器的集成式应力传感器.docVIP

  基于对称双芯光纤耦合器的集成式应力传 感器 刘志海，李广平，梁佩博* 5 10 15 20 25 30 35 40 （哈尔滨工程大学,理学院,纤维集成光学重点实验室） 摘要：提出了一种新型的基于对称双芯光纤的集成式光纤耦合器，并且通过实验验证可以用 于应力传感。对这种传感器的工作原理进行了较为详细的理论分析，用熔融拉锥法对双芯 光纤进行拉锥，从一个纤芯注入的光在锥形耦合区会全部或部分耦合到另一个纤芯中。通 过测量双芯光纤的任意一个纤芯的输出功率就可得到对光纤施加应力的大小。实验测量了 两个纤芯的输出功率，结果表明双芯光纤耦合器可以用于应力传感。 关键词：光纤传感器；双芯光纤；熔融拉锥；耦合器；应力传感 中图分类号：TN253 An integrations strain sensor based on a symmetrical twin-core fiber coupler LIU Zhihai, LI Guangping, LIANG Peibo (Key Laboratory of In-Fiber Integrated Optics, School of Science, Harbin Engineering University, Harbin 150001) Abstract: A novel integrated fiber-optic strain sensor based on a symmetrical twin-core optical fiber was proposed and demonstrated as a strain sensor. The working principle of this sensor was theoretical analysis in detail. By heating and tapering a symmetrical twin-core fiber, the light from one core of the twin-core fiber can be partly or completely coupled into the other core in the coupled zone as the fiber was pulling. By detecting the output power of any one core of the twin-core fiber, the strain applied on the fiber can be determined. The output power of two cores were experimental measured, the results show that the twin-core fiber coupler can be used for strain sensor. Key words: Optical fiber sensor; twin-core fiber; fused tapering; coupler; strain sensing 0 引言 伴随着光导纤维和光纤通讯技术而产生的光纤传感技术，是以光波为载体，光纤为传输 介质，感应和传输外界信号的一种新型的传感技术。光纤传感器可以直接传感应变、压力、 温度等物理量。由于光纤传感器具有良好的抗电磁干扰能力，电绝缘，耐高温，耐腐蚀，极 高的灵敏度和精度，可构成光纤传感网络等优点，它在航海、航天、电力传输、石油开采、 生化、医疗、核工业、科学研究等众多领域有广阔的应用前景。 近年来双芯光纤得到了广泛的关注，主要应用是实现掺饵光纤放大器多信道放大时的增 益均衡[1]，制作方向耦合器[2,3]、波分复用器[4]、可变衰减器[5]、窄带滤波器[6]以及全光开关 [7] 可构造新器件，因此研究双芯光纤具有重要的意义。本文在双芯光纤的理论基础上，提出一 种新型的基于双芯光纤的集成式光纤应力传感器，该传感器采用熔融拉锥技术制作，由于双 作者简介：刘志海 1977 年 7 月 7 日 男 就职哈尔滨工程大学 理学院 教授 博士生导师 研究方向主要有 光纤光镊和光纤传感器. drzhihailiu@163.com -1-   芯光纤融锥区两个纤芯的耦合比受到轴向拉应力的影响，通过测量任一纤芯的输出功率即可 测量应力的变化。这种双芯光纤应力传感器集成度高，结构简单，有很好的应用前景。 1 传感器的制作 双芯光纤是在同一个包层内含有两个纤芯，每个纤芯周围有各自的包层，因此，每个芯  45 与其周围的包层构成一条光纤波导，即双芯光纤集成了两根单芯光纤。实验中所用的双芯光 纤为对称纤芯，即两个纤芯以光纤包层中心轴线为