王向宇，乔学光，禹大宽

基于双模LPFG折射率不敏感双参量传感器

王向宇1，乔学光2*，禹大宽1

1西北工业大学陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710072；2西北大学物理学院，陕西 西安 710069

环境折射率和环境温度变化是影响光纤应变测量误差的主要因素。本文利用双模光纤纤芯双模式(LP01和LP11)支持特性设计了一款环境折射率不敏感的双模光纤(DMF)长周期光纤光栅LPFG)应变传感器。设计了传感器模型结构，制作了最优化参数的传感器样品。实验测试了DMF-LPFG传感结构对外部环境中应变、温度和折射率的响应。通过在单模光纤上用紫外激光刻写的布拉格光栅(FBG)解决了环境温度的交叉影响。轴向应变实验结果表明，该新型结构传感器在0 με～840 με应变范围内其轴向应变灵敏度可以达到-5.4 pm/με，该灵敏度值相比较于普通LPFG有很大提高。温度在25 ℃～80 ℃范围内其灵敏度为58.86 pm/℃，表现出较好的线性度。同时，传感器对环境折射率变化表现出不敏感特性。通过采用双参数矩阵对少模LPFG和FBG的应变和温度灵敏度进行处理，可以实现双参数的同时解调。该新型复合光栅结构具有良好的传感性能和工程应用前景。

双模光纤；长周期光纤光栅；布拉格光栅；应变传感器；温度补偿

1 引 言

光纤光栅(Fiber grating, FG)器件作为一种新型的光无源器件，表现出了独特的物理和光学性能，如体积小，波长响应快，抗电磁干扰，以及具有全光纤网络兼容性等[1-2]。长周期光纤光栅(Long period fiber grating, LPFG)的研究已有几十年的时间，其中，采用高频CO2激光刻写LPFG技术的提出，对丰富LPFG的设计和制备，提高信号传输质量，以及实现批量生产都具有非常重要的意义。……