基于Mach-Zehnder干涉光纤湿度传感器研究进展*

王一飞， 王梦梦， 文 丰， 杨啸宇， 华尔天， 闫树斌,

(1.中北大学 仪器与电子学院 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051;2.浙江水利水电学院, 浙江 杭州 310018)

0 引 言

相对湿度检测[1～4]在农业、食品加工、生物医学、气象服务、半导体工业等领域都有着极为广泛的应用，这些测量对于提高产品质量和降低成本具有非常重要的意义。光纤湿度传感器[5～8]与传统的电子湿度传感器相比具有体积小，质量轻的特点，可以在易燃易爆、高温高压等极端恶劣环境中工作，同时还具有较强的抗电磁干扰能力和较高的灵敏度。因此，光纤湿度传感器以其独特的优势引起了研究者的广泛关注。

Mach-Zehnder干涉(MZI)[8]是指由光源发出的两个频率相同、偏振方向一致、相位差恒定的光波，在相遇的空间区域会发生光强重新分配的现象，即双光束干涉现象。MZI结构的优势包括制造工艺简单，通过对光纤进行熔接或拉锥处理，即可形成稳定的干涉结构。它具有稳定性强，受外界干扰小，结构紧凑，易于制作等一系列突出的优点，以MZI结构为传感单元的新一代湿度传感器，成为湿度传感领域的研究热点。

本文介绍了基于MZI光纤湿度传感器的原理及国内外研究进展，对目前各种类型光纤干涉结构的优缺点进行了分析，并对未来基于MZI光纤湿度传感器的发展趋势进行了展望。

1 基于MZI光纤湿度传感器的工作原理

传感器的基本原理是利用光纤微制作技术，使光纤的芯径发生改变，当光在芯径突变处传播时会激发光纤的包层模，使包层模和纤芯模分别沿着光纤的方向传播，在经过下一个芯径突变处时，包层模和纤芯模会重新汇合，从而形成了MZI。……