光子晶体光纤温度传感器李学金.ppt

光子晶体光纤温度传感器 草稿 深圳市重点实验室开展的光纤传感器方面的工作主要有：Some Research Focuses of our Key Laboratory 1.光子晶体光纤传感器（Photonic Crystal Fiber Sensor） 折射率型光子晶体光纤温度传感器 光子晶体荧光温度传感器 光子晶体光纤Mach-Zehnder干涉型温度、应变传感器 2. MEMS-光纤传感器（MEMS-Optical Fiber Sensor） MEMS-光纤压力传感器 MEMS-光纤加速度传感器 3.光纤微弯传感器（Microbending Optical Fiber Sensors） 折射率型光子晶体光纤温度传感器 光子晶体荧光温度传感器 光子晶体光纤折射率型温度、应变传感器 4. 光纤位移传感器（Optical Fiber Displacement Sensors） 光纤压力传感器 位置传感器 多参数传感器等 Experimental results Experimental results Applications 液位与温度测量系统 内容提要 1. 引言 光子晶体光纤PCF photonic crystal fibers 是在1990年由英国Bath大学物理系的Russell首次提出，Russell在1995年成功制造出光子晶体结构的光纤， 并在1999年成功地进行首次中空PCF光导演示。 光子晶体光纤（PCF）的特性 ： 1 无截止单模 Endlessly Single Mode 2 不同寻常的色度色散 3 极好的非线性效应 4 优良的双折射效应 5 大模面积特性 1.引言 光子晶体光纤 Photonic Crystal Fiber，PCF Temperature Sensing with Holey Fibers 2. 基于液体填充的光子晶体光纤温度传感器 （2）.PCF模型图 a .用有限元分法建立的六角形结构的折射率引导型光子晶体光纤的截面图； b . 计算区域的有限元离散网格. （3）. 温度对模场分布的影响 图5 在d/? 0.6，20oC下，PCF填充前后的模式有效折射率的比较 在同一波长下，填充后的模式有效折射率要比填充前的大。 （5）.温度对限制损耗的影响 图9 当波长为1500nm和800 nm，d/?＝0.7时，PCF填充乙醇后限制损耗随温度的变化曲线 3.基于荧光的光子晶体光纤温度传感器 PCF应用于荧光传感研究现状 Typical interference spectra Responses to temperature and strain 总结 Click to edit company slogan . 输出功率随温度的变化 c d 不同长度输出功率对比图 液体填充PCF选取的长度越长，其输出功率的温度敏感性越好.引起这种现象的主要原因是：当PCF的长度越长时，填充的折射率温度敏感液体与PCF的作用长度越长，因此温度变化对PCF输出功率的影响更大些。 6-2 .双包层光子晶体光纤的实验结果 输出功率随温度的变化 光纤2 温度从25℃升高到80 ℃时，系统的输出功率从-51.9dBm增大到-41dBm，输出功率随温度变化的斜率为0.1982dBm /℃。 （6-3 .大模场光子晶体光纤的实验结果 同一PCF 光纤3 在四种不同波长下的实验对比图 从图中可以看出，波长为1550 nm时对温度的变化最为敏感。随着波长的减小，输出功率对温度变化的敏感性也逐渐降低，最后接近于不变化 6-4 .不同结构光纤的实验结果对比 当向PCF的空气孔填充同一种高温度系数折射率敏感的液体后，光纤的占空比越大，其输出功率对温度变化的敏感性越强，即表现为占空比越大，输出功率—温度曲线的斜率越大。 三种不同结构的PCF的实验对比图 空心光子带隙导光型PCF 略 发明专利：光子晶体光纤荧光温度传感器及系统（申请号为：座机电话号码5176.X）。发明人：李学金 利用双包层PCF实现的两种不同的荧光检测样品方案 利用后向荧光检测样品方案示意图 利用前向荧光检测样品方案示意图 10/51 使用空芯光子带隙型PCF 制作的荧光温度传感器探头 c a PCF横截面 b 远场光场强度分布 c 实验装置 4.基于Mach-Zehnder干涉式光子晶体光纤传感器 Length of AS-PBF: L 80mm Total insertion loss: ~2.5dB AS-PBF length: L 80mm 略 * * 深圳大学 深圳市传感器技术重点实验室 李学金 于永芹 耿优福 邓元龙 洪学明 宋奎岩 2 July, 20