光子晶体光纤在光纤传感中的应用

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等。在实际应用上，目前在国外很多桥梁、大坝及输油管道等上以及在国内的重庆，上海，深圳等城市的桥梁及结构上都已开始应用。由于其固有的优势，光纤传感必会在不久的将来取代传统的传感技术。在国外，光纤传感首先被用在军事上，并且技术已经相当成熟，同时在很多工程上也得到了应用；在国内，对光纤传感的发展也日益重视，并为之投入了大量的资金。因此光纤传感技术的应用前景将十分广阔。目前成熟的产品包括：应变计，温度计，应变传感器，温度传感器，分布式光纤传感器等等。随着各种新技术、新材料的出现，新的光纤传感原理、传感技术也不断涌现。其中光子晶体以及光子晶体光纤由于其高双折射、光子带隙等独特的性能表现，给光纤传感技术带来了一场新的革命。

２　光子晶体光纤概述

光子晶体的概念最早由Ｅ．Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ和Ｓ．Ｊｏｈｎ于１９８７年在Ｐｈｙｓｉｃｓ　ＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ上分别提出，其实质是通过介电常数在空间的周期分布构成的介质材料。这些具有周期分布结构的介质对特定频率的光会产生带隙，而光子晶体最根本的特点就是具有光子带隙（ＰＢＧ）。光子晶体光纤ＰＣＦ）可以看成是一种二维光子晶体，即在二维光子晶体纤维轴向制造缺陷，利用其局域光的能力，将光限制在缺陷内传播，从而实现导光。光子晶体光纤自从提出后，引起

图

１

基于偏振模差拍的频谱测量所得到的一种

高双折射光子晶体光纤的拍长

图

２

光纤偏振干涉仪原理图

图３　基于光子晶体光纤的布拉格光栅传感器原理

了人们强烈的关注。事实上，光子晶体光含有周期排列空气孔的光子晶体组成，由纤导光的机制可以分为两种，一种为纤芯于纤芯折射率高于包层有效折射率，这种区域为高折射率材料，例如硅，包层由包

光纤仍然是利用全内反射（ＴＩＲ）原理导光；

　科技创新导报　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ１３

（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｆｉｂｅｒ，简称