基于保偏微光纤的高灵敏度振动传感器
2021-10-13朱晓军吴万铎章国安
朱晓军,刘 文,孙 丹,吴万铎,章国安
(南通大学 信息科学技术学院,江苏 南通 226019)
目前,振动检测采用的主要是电磁传感检测和基于激光多普勒效应或光波干涉原理的检测方法。相较于传统的电磁传感,光纤振动传感抗电磁干扰能力强、环境适应能力强,与光纤天然兼容[1],在灵敏度、带宽、噪声限制及最小可检测压力等方面存在独特的优势,成为了学者们研究的热点[2-7]。并有多种光纤结构被应用于振动探测,包括光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)、Sagnac 环、马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)等。Takahashi 等[8]人报道了基于FBG 的声压光纤传感器;Kilic 等[9]人将单模光纤和光子晶体镜面组成法布里珀罗干涉仪(Fabry-Pérot interferometer,FPI)进行声音振动探测,当声音频率为50 kHz 时,其最小探测压力为18 μPa·Hz-1/2;Chandra[10]利用MZI 制作了一种双通道MZI 以消除强烈的干扰噪声,实现声波探测。
近年来,与其他MZI 相比,微光纤马赫-曾德尔干涉仪(microfiber-assisted Mach-Zehnder interferometer,MMZI)由于其响应快、结构简单、灵敏度高、光学特性良好等特点成为新型振动传感研制的重要方向[11-12]。Dass 等[13]报道了一种微光纤悬臂梁无膜片低频声传感器。当其在0~400 Hz 频率范围内工作时,测量灵敏度最大为10.63 mV/Pa。然而,这种传感器不是全光纤结构,实验过程中需要精确控制微光纤和单模光纤的间距,对实验要求较高且不利于产品封装。Yuan 等[14]人使用经拉锥的保偏光纤(polarization-maintaining fiber,PMF)制作了滤波器并应用于激光腔中,通过调节腔内的偏振控制器,实现多波长输出。PMF 内部具有应力区能够保证光的线偏振传输,提高相干信噪比,通过拉锥破坏其应力区形成保偏-非保偏-保偏结构,实现滤波的功能。……