光子晶体光纤温度传感器李学金_精品文档PPT推荐.ppt

1、1785-1789.,Experimental results,Figure 7.Experimental system for the MEMS pressure sensor.,（a）Computer simulation（b）Picture of silicon cups Figure 6.Simulation and photo of silicon cups,Figure 9.Experimental results and fitting line,Figure 8.Relationship between pressure and normalized reflectivity,

2、Experimental results,3.Principle of Microbending Optical Fiber Sensor,Applications,成果,（3）,（1）,（2）,Applications,（4）,液位与温度测量系统,内容提要,基于液体填充的光子晶体光纤温度传感器,2,基于荧光的光子晶体光纤温度传感器,3,基于Mach-Zehnder干涉式光子晶体光纤传感器,4,1.引言,光子晶体光纤PCF（photonic crystal fibers）是在1990年由英国Bath大学物理系的Russell首次提出，Russell在1995年成功制造出光子晶体结构的光纤，并在

3、1999年成功地进行首次中空PCF光导演示。光子晶体光纤（PCF）的特性：（1）无截止单模（Endlessly Single Mode）（2）不同寻常的色度色散（3）极好的非线性效应（4）优良的双折射效应（5）大模面积特性,1.引言 光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，PCF）,实心折射率导光型PCF,空心光子带隙导光型PCF,多孔光纤（Holey Fiber）微结构光纤（Micro-Structured Fiber）,9/51,根据光的传导机理，PCF可分为两类。全内反射型光子晶体光纤（TIR-PCF），光子带隙型光子晶体光纤（PBG-PCF）。,Temperatur

4、e Sensing with Holey Fibers,2.基于液体填充的光子晶体光纤温度传感器,实心折射率导光型PCF,发明专利：光子晶体光纤折射率温度传感器及系统（公开号：CN101216354）。发明人：李学金,1.Y.Q.Yu,X.J.Li,X.M.Hong,Y.L.Deng,K.Y.Song,Y.F.Geng,H.F.Wei,W.J.Tong,Some features of photonic crystal fiber temperature sensor based on liquid ethanol filling,Opt.Express（已接收）.2.李学金,于永芹,洪学明,

5、宋奎岩,朱莉.基于液体填充的光子晶体光纤温度传感特性分析J.中国激光,2009,VOL.36（5）.,（1）.光子晶体光纤的模拟,麦克斯韦方程：,磁场：,电场：,在理论上,求解电磁波（光波）在光子晶体中的本征方程即可导出实芯和空芯PCF 的传导条件,其结果就是光子能隙导光理论。,（2）.PCF模型图,（a）.用有限元分法建立的六角形结构的折射率引导型光子晶体光纤的截面图；（b）.计算区域的有限元离散网格.,填充材料的折射率温度系数定义：,其中，T为工作温度，T020C。n为T的折射率，n0为T0的折射率。乙醇的温度系数=3.9410-4/K，石英光纤的温度系数为8.610-6/K。因为石英光纤

6、的温度系数比填充材料低两个数量级，在分析中，近似认为石英光纤的折射率不随温度变化,（3）.温度对模场分布的影响,（a）（c）（d）,填充前PCF有效折射率与传输波长的关系,（4）.温度对等效折射率的影响,（a）填充后有效折射率与波长关系,（b）填充前后有效折射率对比,填充前后有效折射率与波长的关系,（4）.温度对等效折射率的影响,限制损耗：,不同结构时限制损耗与波长的关系,不同结构PCF限制损耗与温度的关系,（5）.温度对限制损耗的影响,图5 在d/=0.6，20C下，PCF填充前后的模式有效折射率的比较,在同一波长下，填充后的模式有效折射率要比填充前的大。,4.温度对有效折射率的影响,（5）

7、.温度对限制损耗的影响,（5）.温度对限制损耗的影响,图9 当波长为1500nm和800 nm，d/0.7时，PCF填充乙醇后限制损耗随温度的变化曲线,选用光纤,（a）光纤1,（b）光纤2,（c）光纤3,（6）.实验结果,（6-1）.高非线性光子晶体光纤（光纤1）的实验结果,输出功率随温度的变化,（a）,（b）,输出功率随温度的变化,（c）,（d）,不同长度输出功率对比图,液体填充PCF选取的长度越长，其输出功率的温度敏感性越好.引起这种现象的主要原因是：当PCF的长度越长时，填充的折射率温度敏感液体与PCF的作用长度越长，因此温度变化对PCF输出功率的影响更大些。,（6-2）.双包层光子晶体

8、光纤的实验结果,输出功率随温度的变化（光纤2）,温度从25升高到80 时，系统的输出功率从-51.9dBm增大到-41dBm，输出功率随温度变化的斜率为0.1982dBm/。,（6-3）.大模场光子晶体光纤的实验结果,同一PCF（光纤3）在四种不同波长下的实验对比图,从图中可以看出，波长为1550 nm时对温度的变化最为敏感。随着波长的减小，输出功率对温度变化的敏感性也逐渐降低，最后接近于不变化,（6-4）.不同结构光纤的实验结果对比,当向PCF的空气孔填充同一种高温度系数折射率敏感的液体后，光纤的占空比越大，其输出功率对温度变化的敏感性越强，即表现为占空比越大，输出功率温度曲线的斜率越大。,

9、三种不同结构的PCF的实验对比图,3.基于荧光的光子晶体光纤温度传感器,空心光子带隙导光型PCF,略,发明专利：光子晶体光纤荧光温度传感器及系统（申请号为：200810065176.X）。李学金,PCF应用于荧光传感研究现状,利用双包层PCF实现的两种不同的荧光检测样品方案,利用后向荧光检测样品方案示意图,利用前向荧光检测样品方案示意图,10/51,使用空芯光子带隙型PCF 制作的荧光温度传感器探头,（c）,（a）PCF横截面（b）远场光场强度分布（c）实验装置,4.基于Mach-Zehnder干涉式光子晶体光纤传感器,Typical interference spectra,Length of AS-PBF:L=80mmTotal insertion loss:2.5dB,Responses to temperature and strain,AS-PBF length:L=80mm,略,总结,略,Click to edit company slogan.,Thank You!,