基于多模干涉的2um超短脉冲激光用于高精度微应力传感研究 - 硫系玻璃 | 宁波大学红外材料及器件实验室
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基于多模干涉的2um超短脉冲激光用于高精度微应力传感研究
作者: irglass 时间: 2021-12-20 浏览:414 次

       近日,我室研究生王娟(第一作者)和杨佩龙讲师,聂秋华教授(共同通讯作者)在期刊Optics Letters上发表题为“High-sensitivity micro-strain sensing using broadband wavelength-tunable thulium-doped all-fiber structured mode-locked laser”的论文(ISSN:0146-9592,2022,47(1),34-37. https://doi.org/10.1364/OL.445042)。

       近年来,基于光纤的应力传感器由于其抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、紧凑性高、灵敏度高等优势在各领域得到了广泛的应用。与传统光纤传感器,如布拉格光纤干涉仪传感器、光纤布拉格光栅(FBG)、长周期光栅等相比,基于多模干涉效应的单模-多模-单模 (SMS) 光纤结构的传感器制造成本更低,但应变传感灵敏度与 FBG 相当。虽然基于 SMS 光纤结构的传感器有许多显著的优点,但其作为一种无源器件,在传感过程中很大程度上依赖于光源,这会在一定程度上降低其传感性能和紧凑性。基于此,本研究制作了低插损的SMS器件,采用光束传播法模拟了SMS器件中多模光纤自成像过程中的光场能量分布情况。利用此SMS器件,结合色散管理技术,实现了输出波长调谐范围从1976 nm到1916 nm的掺铥锁模光纤激光应变传感器。通过在多模光纤(MMF)上施加轴向拉力,探索了锁模脉冲的中心波长偏移与应变和拉力之间的规律性,实现了从 0 ~ 5385 με 的精确轴向应变测量,灵敏度高达 -11.5 pm/με,同时实现了0~585 g的拉力测量范围,灵敏度为-103 pm/g。

图1 (a) SMS器件结构。(b) 模拟的MMF中的光场能量分布。(c) 模拟的不同MMF长度下SMS器件的透射谱。

图2 (a) 激光应变传感系统装置图。(b) 拉力监测装置。(c) 光纤夹持和拉伸部件。(d) 拉力监测与显示


图3 输出光谱中心波长λ0与 (a) 应变ε和 (b) 拉力N的关系。