微纳光纤耦合应变传感器

彭保进，李连琴，马倩倩，王梦娇，王增辉

（浙江师范大学信息光学研究所，浙江金华321004）

1 引 言

光纤耦合器是一种对光波长、偏振光和光功率的比例分配与合成的重要无源器件。在波导中传输的光信号在耦合区域发生交替转移，首先在纤芯内传输的光会向包层扩散，然后通过包层耦合到旁边的光纤内，即光信号从直通臂耦合到耦合臂中［1-2］。光纤耦合应变传感器具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、可远程监测和成本低等优点，相比传统体积较大的光学仪器更易于实现小型化和便携化［3-6］，因此，近年来成为研究热点。

应变测量在大型建筑结构的安全控制和航空航天领域起到非常重要的作用［7-9］。目前，研究人员已经开发了各种类型的光纤结构用于应变传感，如光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）［10-11］、长周期光栅［12-13］、光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，PCF）［14］。Kuwahara 等人将多根多模光纤缠绕在一起，同时把耦合区浸没在匹配液中，通过这种方法成功研制出世界上第一个光纤耦合器［15］。Yamamoto 等人利用化学腐蚀的方法，完成了锥形结构光纤耦合器的制作［16］。Kawasaki 和Hill 把熔融和拉伸两种工艺结合在一起，首次成功制作了熔锥型耦合器［17］。Sun 等人提出了一种自动电弧放电技术，通过使用商业融合成螺旋形地扭曲的长周期光纤光栅（H-LPFGs）［18］，结构的轴向应变灵敏度大约为1.88 pm/με，而拉伸应变με 从0 提高到480。Dash 等人报道一个紧凑的石墨烯氧化物（去）涂覆PCF干涉仪，基于简单的裂开和拼接SMF 和PCF 的应变传感器［19］，这种传感器的灵敏度为3.1 pm/με。Duan 等人证明了全光纤光学FPI 应变传感器的腔是一个微小的气泡，应变灵敏度约为4 pm/με［20］。……