1引言
光纤传感器保持数字优势传统电传感器前者廉价紧凑重量轻抗电磁干扰导致生化传感应光纤传感器需求量年光纤折射率（RI）传感器已吸引关注许领域包括环境监测生物医学传感两光纤布拉格光栅（FBG）长周期光栅（LPGS）已RI光纤传感器基RI传感器光纤光栅光纤光栅常蚀刻抛光增益制导模式倏逝场进入包围测材料[ 13 ]着光纤光栅型RI传感器相基LPG [47]传感器更适耦合机制种基法布里佩罗特RI传感器（FP）干涉仪报道[ 8 ]种传感结构利干涉条纹测量日变化法朗兹ã[ 9 ]提出种基高双折射仪蚀刻D型光纤环镜RI测量倏逝场增加蚀刻D型结构纤维基光子晶体光纤折射提出[ 10 ]然折射仪测量原理利波长位移检测外部RI变化面温度交叉敏感问题温度补偿必时获灵敏度RI传感结构前报告够高光纤折射仪没额外温度补偿部分需实现高灵敏度实际应中取
项工作中传感头组成光纤环镜刻高双折射光子晶体光纤（高双折射光子晶体光纤）提出实验验证高双折射光子晶体光纤完全倒塌剪接点附高双折射光子晶体光纤包层模式兴奋敏感折射率（RI）周围介质低温光热膨胀系数高双折射光子晶体光纤传感头设计中温度敏感高双折射光子晶体光纤倒塌工作Mach森德interfermater（MZI）考虑面结构interfermater组合形成导致高灵敏度液体RI值通检测干涉条纹位移测量应FLMMZI液体RI值通检测干涉条纹位移测量应FLMMZI
2 传感器制造操作原
提出传感器头示意图图1示放发辐射（ASE）1450～1650nm波长范围源连接该FLM输入输出光谱光谱分析仪（OSA检测aq6370爱德日）OSA高分辨率20PMFLM拼接成（商光纤熔接机（藤仓fsm40s））段高双折射光子晶体光纤（lma10）22 3dB耦合器武器长度5cm两端倒塌融合拼接两identicalsingle模式纤维间高双折射光纤（SMF28）耦合器武器图1插图显示高双折射光子晶体光纤截面图中坚实核心μ直径11 m包围四层125μM外直径空气
图1（a）提出RI传感器示意图（b）高双折射光子晶体光纤等（C）局部放传感头图
拼接光纤光纤进行商光纤熔接机（Fujikurafsm40s）强烈电弧放电引起局部加热PCF导致熔覆区加热段空气孔塌陷PCF预制拼接点片里PCF空气孔结构塌陷剪接点附短长度~ 140μM PCF单模式纤维芯包结构更塌陷区区域引入光纤基模传播光子晶体光纤折叠区域模场直径拓宽衍射允许核心激发完整光子晶体光纤截面[1112]包层模式然兴奋纤芯包层模式进步衍射重新连接回引出SMF第二拼接点核心模式种MZI工作
ASE输入光样分裂成两计数器3dB耦合器传输光耦合器时针逆时针光束周围环偏振控制器（PC）调节两光偏振态介绍反传播光束引起高双折射光子晶体光纤双折射特性插入相相位差干扰产生重组耦合器透射光强度相位差术语描述
(1)
(2)
相位差里光源中心波长高双折射光子晶体光纤长度高双折射光子晶体光纤双折射率快速慢速轴效折射率分谐振浸波长满足方程中k机整数
谐振浸波长描述
（3）
应频谱FLMMZI具谐振波长干涉条纹倾角结果重叠图2示
图2初始干扰频谱RI传感器
3 实验讨
测试基高双折射光子晶体光纤传感器液体里FLM熔接高双折射光子晶体光纤崩溃沉浸例甘油液结合样通标称精度00001阿贝折射仪校准液样方程（2）
（3）
波长移放液体变折射率光纤相应光子晶体光纤快慢轴效折射率变化引起折射指数变化方程（3）出成正外部RI变化通测量干涉光谱波长移位检测
作高双折射PCF沉浸液体室温范围141 ~ 143 RI值变化（25°C）FLM干扰频谱变化图3示出谐振波长干涉条纹倾角2155611 nm154966 nm谐振浸波长偏移FLM干涉谱作功RI变化图4示满足理推导
图3液体里FLM干扰频谱变化
图4示预期样FLM波长偏移外部RI变化线性关系组合干涉结构实现306602nmriu灵敏度高前报告[ 13 ]高5倍均方根偏差值（SD）线性拟合测量数间02相校准测量确定性阿贝折射仪提出RI传感器分辨率65105 RIUOSA分辨率限制范围波长偏移会导致边缘重叠测量范围FLM干涉光谱条纹间距限公司相邻干扰频谱间波长间隔表示
4
实际应中该传感器测量范围通改变光子晶体光纤双折射率调高双折射
图5温度响应提出RI传感器
RI变化实验测量温度控制环境中进行温度变化01°C位移测量温度引起误差忽略计实际应中周围温度成变温度提出RI传感器影响进行研究总面部分放温度控制容器控制箱温度设定10增加100°°C C C 10°步骤图5示该FLM谐振浸波长移动着温度增加结果低热光热膨胀系数高双折射光子晶体光纤双折射温度变化影响该传感器温度误差图图6示选择相应λ 1537nm干扰模式1552nm1575nm作实验参数周围温度10增加100°°C C温度误差052nm049nm048nmat 1537nm波长1552nm1575nm分645nm波长变化范围温度变化引起测量误差实际应中忽视
图6图提出传感器温度误差
4 结
描述传感头光纤环镜刻高双折射光子晶体光纤（高双折射光子晶体光纤）低温光热膨胀系数高双折射光子晶体光纤传感头设计中温度敏感高灵敏度（3066±02）纳米 RIU（折射率单位）分辨率65×105 RIU已提出液体折射率传感器实现折射率传感器相该传感器结合干涉结构获高灵敏度低温光热膨胀系数高双折射光子晶体光纤传感头设计中温度敏感没额外温度补偿部分
5 参考文献
[1]英国施罗德W艾克R缪勒R willschA Andreev光纤布拉格光栅折射仪测量SCIE技术12（2001）757764
[2]W梁Y Y Y黄徐R K LeeA Yariv高度敏感光纤布拉格光栅折射率传感器应物理快报86 2005 15112
[3]A印狄西柯A CusanoA CutoloR贝尔尼尼M佐丹奴薄光纤布拉格光栅高灵敏度折射率传感器IEEE光子技术快报16（2004）11491151
[4]A M Rios医学博士埃尔南德斯I T戈麦斯高度敏感包层蚀刻电弧引起长周期光纤光栅折射率传感优化通讯283（2010）958962
[5]I D维拉尔马蒂亚斯F J约低折射率材料沉积长周期光纤光栅灵敏度增强选择快报30（2005）23632365
[6]T朱Y J饶QJ钼单ultralongperiod光纤光栅折射率温度时测量IEEE光子技术快报17（2005）27002702
[7]A印狄西柯美国坎波皮亚诺佐丹奴先生A Cusano薄长周期光栅光谱行：纤维直径折射率灵敏度影响应选择46（2007）69456952
[8]ZL跑Y W J J饶刘X辽K S蒋介石激光微法布里佩罗特光纤传感器折射率分辨率温度独立测量选择expr16（2008）22522263
[9]O法朗兹ãOBV马克斯P豪尔赫J M巴普蒂斯塔J L桑托斯作折射计高双折射D型光纤环镜传感器执行器乙：化工135（2008）51085111
[10]·席尔瓦J L桑托斯F X malcataJ科贝尔克K舒斯特O法朗兹ãO基芯空气包层光子晶体光纤折射仪优化快报366（2011）852854
[11]J维拉度路V P minkovich诉pruneriG Badenes简单微结构光纤干涉仪通熔接光学快报15（4）14911496（2007）
[12]G A Cá纳斯塞维利亚诉芬斯J维拉度路诉pruneri光子晶体光纤传感器阵列基模式重叠光学快报19（8）75967602（2011）
[13]C中C Y沈J L楚十周XY东Y X金J F王基液体折射率绝测量传感器偏振保持光纤环镜致动器传感器B 168360364（2012）
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光纤传感器保持数字优势传统电传感器前者廉价紧凑重量轻抗电磁干扰导致生化传感应光纤传感器需求量年光纤折射率（RI）传感器已吸引关注许领域包括环境监测生物医学传感两光纤布拉格光栅（FBG）长周期光栅（LPGS）已RI光纤传感器基RI传感器光纤光栅光纤光栅常蚀刻抛光增益制导模式倏逝场进入包围测材料[ 13 ]着光纤光栅型RI传感器相基LPG [47]传感器更适耦合机制种基法布里佩罗特RI传感器（FP）干涉仪报道[ 8 ]种传感结构利干涉条纹测量日变化法朗兹ã[ 9 ]提出种基高双折射仪蚀刻D型光纤环镜RI测量倏逝场增加蚀刻D型结构纤维基光子晶体光纤折射提出[ 10 ]然折射仪测量原理利波长位移检测外部RI变化面温度交叉敏感问题温度补偿必时获灵敏度RI传感结构前报告够高光纤折射仪没额外温度补偿部分需实现高灵敏度实际应中取
项工作中传感头组成光纤环镜刻高双折射光子晶体光纤（高双折射光子晶体光纤）提出实验验证高双折射光子晶体光纤完全倒塌剪接点附高双折射光子晶体光纤包层模式兴奋敏感折射率（RI）周围介质低温光热膨胀系数高双折射光子晶体光纤传感头设计中温度敏感高双折射光子晶体光纤倒塌工作Mach森德interfermater（MZI）考虑面结构interfermater组合形成导致高灵敏度液体RI值通检测干涉条纹位移测量应FLMMZI液体RI值通检测干涉条纹位移测量应FLMMZI
2 传感器制造操作原
提出传感器头示意图图1示放发辐射（ASE）1450～1650nm波长范围源连接该FLM输入输出光谱光谱分析仪（OSA检测aq6370爱德日）OSA高分辨率20PMFLM拼接成（商光纤熔接机（藤仓fsm40s））段高双折射光子晶体光纤（lma10）22 3dB耦合器武器长度5cm两端倒塌融合拼接两identicalsingle模式纤维间高双折射光纤（SMF28）耦合器武器图1插图显示高双折射光子晶体光纤截面图中坚实核心μ直径11 m包围四层125μM外直径空气
图1（a）提出RI传感器示意图（b）高双折射光子晶体光纤等（C）局部放传感头图
拼接光纤光纤进行商光纤熔接机（Fujikurafsm40s）强烈电弧放电引起局部加热PCF导致熔覆区加热段空气孔塌陷PCF预制拼接点片里PCF空气孔结构塌陷剪接点附短长度~ 140μM PCF单模式纤维芯包结构更塌陷区区域引入光纤基模传播光子晶体光纤折叠区域模场直径拓宽衍射允许核心激发完整光子晶体光纤截面[1112]包层模式然兴奋纤芯包层模式进步衍射重新连接回引出SMF第二拼接点核心模式种MZI工作
ASE输入光样分裂成两计数器3dB耦合器传输光耦合器时针逆时针光束周围环偏振控制器（PC）调节两光偏振态介绍反传播光束引起高双折射光子晶体光纤双折射特性插入相相位差干扰产生重组耦合器透射光强度相位差术语描述
(1)
(2)
相位差里光源中心波长高双折射光子晶体光纤长度高双折射光子晶体光纤双折射率快速慢速轴效折射率分谐振浸波长满足方程中k机整数
谐振浸波长描述
（3）
应频谱FLMMZI具谐振波长干涉条纹倾角结果重叠图2示
图2初始干扰频谱RI传感器
3 实验讨
测试基高双折射光子晶体光纤传感器液体里FLM熔接高双折射光子晶体光纤崩溃沉浸例甘油液结合样通标称精度00001阿贝折射仪校准液样方程（2）
（3）
波长移放液体变折射率光纤相应光子晶体光纤快慢轴效折射率变化引起折射指数变化方程（3）出成正外部RI变化通测量干涉光谱波长移位检测
作高双折射PCF沉浸液体室温范围141 ~ 143 RI值变化（25°C）FLM干扰频谱变化图3示出谐振波长干涉条纹倾角2155611 nm154966 nm谐振浸波长偏移FLM干涉谱作功RI变化图4示满足理推导
图3液体里FLM干扰频谱变化
图4示预期样FLM波长偏移外部RI变化线性关系组合干涉结构实现306602nmriu灵敏度高前报告[ 13 ]高5倍均方根偏差值（SD）线性拟合测量数间02相校准测量确定性阿贝折射仪提出RI传感器分辨率65105 RIUOSA分辨率限制范围波长偏移会导致边缘重叠测量范围FLM干涉光谱条纹间距限公司相邻干扰频谱间波长间隔表示
4
实际应中该传感器测量范围通改变光子晶体光纤双折射率调高双折射
图5温度响应提出RI传感器
RI变化实验测量温度控制环境中进行温度变化01°C位移测量温度引起误差忽略计实际应中周围温度成变温度提出RI传感器影响进行研究总面部分放温度控制容器控制箱温度设定10增加100°°C C C 10°步骤图5示该FLM谐振浸波长移动着温度增加结果低热光热膨胀系数高双折射光子晶体光纤双折射温度变化影响该传感器温度误差图图6示选择相应λ 1537nm干扰模式1552nm1575nm作实验参数周围温度10增加100°°C C温度误差052nm049nm048nmat 1537nm波长1552nm1575nm分645nm波长变化范围温度变化引起测量误差实际应中忽视
图6图提出传感器温度误差
4 结
描述传感头光纤环镜刻高双折射光子晶体光纤（高双折射光子晶体光纤）低温光热膨胀系数高双折射光子晶体光纤传感头设计中温度敏感高灵敏度（3066±02）纳米 RIU（折射率单位）分辨率65×105 RIU已提出液体折射率传感器实现折射率传感器相该传感器结合干涉结构获高灵敏度低温光热膨胀系数高双折射光子晶体光纤传感头设计中温度敏感没额外温度补偿部分
5 参考文献
[1]英国施罗德W艾克R缪勒R willschA Andreev光纤布拉格光栅折射仪测量SCIE技术12（2001）757764
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[7]A印狄西柯美国坎波皮亚诺佐丹奴先生A Cusano薄长周期光栅光谱行：纤维直径折射率灵敏度影响应选择46（2007）69456952
[8]ZL跑Y W J J饶刘X辽K S蒋介石激光微法布里佩罗特光纤传感器折射率分辨率温度独立测量选择expr16（2008）22522263
[9]O法朗兹ãOBV马克斯P豪尔赫J M巴普蒂斯塔J L桑托斯作折射计高双折射D型光纤环镜传感器执行器乙：化工135（2008）51085111
[10]·席尔瓦J L桑托斯F X malcataJ科贝尔克K舒斯特O法朗兹ãO基芯空气包层光子晶体光纤折射仪优化快报366（2011）852854
[11]J维拉度路V P minkovich诉pruneriG Badenes简单微结构光纤干涉仪通熔接光学快报15（4）14911496（2007）
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[13]C中C Y沈J L楚十周XY东Y X金J F王基液体折射率绝测量传感器偏振保持光纤环镜致动器传感器B 168360364（2012）
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