刘 理, 吴官权, 漆世锴, 曾 伟, 毛莉莉

(九江学院 电子工程学院，江西 九江 332005)

0 引 言

曲率和温度是两个重要的物理参量，曲率和温度传感器已经被广泛的用于结构健康检测领域[1]。光纤传感技术因其具有抗电磁干扰、体积小、耐腐蚀和灵敏度高等特点备受广大研究学者青睐。基于布拉格光纤光栅[2]、长周期光栅[3]和倾斜布拉格光纤光栅[4]等生产过程复杂、制造成本昂贵。另外，基于多模光纤(multi-mode fiber,MMF)[5]、光子晶体光纤[6]、空芯光纤[7]和细芯光纤[8]的，利用这些特种光纤与SMF熔接激发包层模式并与纤芯模式耦合干涉形成光纤模式干涉仪，但其灵敏度和条纹对比度还比较低。研究表明可通过拉锥的方式提高光纤模式干涉仪的灵敏度[9,10]，但这类型传感器温度和曲率之间有比较大的串扰。

本文对传统的基于多模—单模—多模光纤结构的模式干涉仪进行了改进和优化设计。通过检测干涉谷值波长和功率变化，同时实现了温度和曲率的高灵敏测量，温度灵敏度为71.42 pm/℃，曲率灵敏度高达141.63 dB/m-1，温度对曲率的串扰几乎为0。

1 传感器结构与原理

本文首先采用单模—多模—单模—多模—单模光纤熔接的方式形成模式干涉仪，如图1所示。MMF的纤芯和包层直径分别为105 μm和125 μm，SMF的纤芯和包层直径分别为9 μm和125 μm。由于多模和单模的芯径不匹配，光会从MMF1的纤芯耦合至SMF2的包层中，SMF2的纤芯模和包层模可通过MMF2耦合至SMF3中，形成模式干涉仪，最后的干涉谱输出强度为[11]

(1)

式中Ico和Icl分别为传输光在纤芯和包层中的光强，Δneff=nco-ncl为纤芯和包层的有效折射率之差，l为SMF2的长度。……