8/20/2021，長盈通光電開發(fā)出三種結構、含有一個流體通道的特種雙芯光纖（Dual-Core Fiber，DCF），并且應用于馬赫-澤德溫度傳感器中。



   三種不同結構的含有一個流體通道的特種雙芯光纖橫截面圖，其典型特征是其中一芯嵌入或緊靠流體通道，作為信號測量臂，另一芯則遠離流體通道，作為信號參考臂。

   在該特種雙芯光纖的流體通道中注入一定長度的甘油或硅油溶液（類似溫度計的氣封），同單模光纖（Single-Mode Fiber，SMF）及多模光纖（Multi-Mode Fiber，MMF）進行級聯(lián)，構成馬赫-澤德溫度傳感器的基本傳感單元。


馬赫-澤德溫度傳感器的基本傳感單元結構

   溫度變化會影響流體通道中甘油或硅油溶液的折射率，進而改變嵌入或緊靠流體通道纖芯中傳輸光模式的有效折射率，而對另一根作為信號參考臂的纖芯無影響。通過監(jiān)測這兩根纖芯的相干光譜變化，可知道外界環(huán)境溫度的變化情況。

   通過實驗和數(shù)值仿真對傳感器性能進行了驗證。當在流體通道中注入不同長度的甘油或硅油溶液時，兩根纖芯的相位差會隨溶液距離進行累積，最終獲得的干涉光譜也會有區(qū)別。通過解調干涉光譜的相位差，可以獲得譜線漂移同溫度變化之間的關系。

   選擇不同結構的特種雙芯光纖，填充不同長度的甘油或硅油溶液，可獲得不同精度和溫度量程的傳感器。一般來說，在25~45℃的溫度范圍內，其溫度的譜線漂移靈敏度在~3nm℃，最大可達~6nm℃。



   采用第一種雙芯光纖結構時，(a)注入15cm甘油溶液時，25至29°C范圍內測量到的傳感器光譜變化；(b)25至40°C范圍內，不同溫度時光譜變化的實驗和模擬結果對比。



   采用第二種雙芯光纖結構時，(a)注入13cm硅油溶液時，25至27°C范圍內測量到的傳感器光譜變化；(b)25至44°C范圍內，不同溫度時光譜變化的實驗和模擬結果對比

該種利用特種雙芯光纖的溫度傳感器具有良好的魯棒性和穩(wěn)定性，在高精度溫度監(jiān)測中具有廣闊的應用前景。

參考：
[1] H Qiu, C Zhao, X Hu, H Chen, Q Yu, Z Lian, H Qu, “Glycerol–Water Solution-Assisted Mach–Zehnder Temperature Sensor in Specialty Fiber with Two Cores and One Channel”, Photonics 8 (4), 103, 2021.
[2] C Zhao, H Qiu, H Chen, X Hu, Q Yu, Z Lian, J Li, H Qu, “In-fiber Mach-Zehnder temperature sensor using silicone-oil-filled dual core fiber”, Sensors and Actuators A: Physical 323, 112644, 2021.
[3] H Chen, X Hu, X Chen, Q Yu, Z Lian, H Wang, H Qu, “In-line interferometric temperature sensor based on dual-core fiber”, IEEE Sensors Journal, 2021。