新型多芯光纤干涉仪的模式特性及多参数测量技术研究

The fiber modal interferometers is an important research direction of the optical fiber sensing technology. In the project, the finite element method is used to simulate and analyze the influence of the structural parameters of multi-core fiber on its mode characteristics and mode field area, and to optimize the structural parameters such as the number of cores, the distance between cores, the refractive index difference of core and so on. A new type of multi-core fiber is fabricated by MCVD method. The project intends to form fiber modal interferometers through new type multi-core fiber. And the beam propagation method is used to simulate the structural parameters of the new type of fiber modal interferometers. The transmission spectrum output of high extinction ratio, low loss and high regularity is achieved. So the parameters of strain, temperature, magnetic field, humidity etc. are measured by its good spectral characteristics. The fiber microfabrication technology, multimode fiber, few-mode fiber are also used to change the structure of the new multi-core fiber modal interferometer, and then the interference of different modes can be realized, and the transmission spectrum characteristics are optimized. The multi-parameter measurement ability of a new type of fiber-mode interferometer is mainly studied. To realize the simultaneous measurement of more than three parameters to be measured, and to increase the number of the parameters that can be measured at the same time. The research content of this project is obviously innovative and has a broad application prospect in the field of multi-parameter measurement.

光纤模式干涉仪是光纤传感器的一个重要研究方向。项目拟采用有限元法仿真分析多芯光纤结构参数对其模式特性及模场面积的影响，优化其纤芯数量、纤芯间距、芯包折射率差等结构参数，并利用MCVD法制作新型多芯光纤。采用新型多芯光纤构成光纤模式干涉仪，利用波束传输法对新型光纤模式干涉仪的结构参数进行仿真模拟，实现高消光比、低损耗、高规则度的透射谱输出，利用其较好的光谱特性实现应变、温度、磁场、湿度等待测参数的测量。采用光纤微加工技术、多模光纤、少模光纤制作结构新颖的多芯光纤模式干涉仪，实现不同模式的干涉，进一步优化其透射谱特性。重点研究新型光纤模式干涉仪多参数测量能力，拟实现其对三个以上待测参数的同时测量，增加可以同时测量参数的数量。本项目研究内容具有明显的创新性，在多参数测量领域具有广阔应用前景。

光纤模式干涉仪具有结构紧凑、灵敏度高、易于复合参数测量等优点，是光纤传感技术的一个重要研究方向。本项目主要对新型光纤模式干涉仪的传感特性进行研究。主要研究内容如下：提出了一种基于多模光纤-四芯光纤-多模光纤结构的新型光纤传感器，并进行了实验验证。该传感器由一段四芯光纤熔接在两段多模光纤构成。多模光纤用于提高单模光纤和四芯光纤之间的耦合效率。四芯光纤作为传感器件。由于多径干涉效应，透射谱的最大消光比达到了26.3 dB。该干涉仪的透射谱会随着液位和温度漂移，因此利用不同波长变化，可以实现液位和温度的同时测量。提出了一种基于表面等离子体共振和表面平坦光子晶体光纤的温度-折射率传感器。对温度和折射率的检测分别利用x偏振和y偏振，从而避免了传感器的交叉敏感性，并且可以避免复杂的矩阵运算，通过测量纤芯模在两个偏振方向的光谱，可以实现双参数的同时测量。与已报道的多参数传感器相比，所提出的光子晶体光纤传感器对折射率和温度的检测都实现了高灵敏度。提出了一种基于二氧化钒和石墨烯的功能可调谐和吸收率可调谐的太赫兹超材料吸收器，并对其进行了仿真验证。基于二氧化钒的相变特性和石墨烯的可调性，此结构可以实现超宽带和窄带近完美吸收之间的功能切换。研究了基于非线性抑制和频域均衡的光纤模式干涉仪信号处理技术，并应用于可见光通信。从而使该系统的峰均功率比显著降低。本项目取得的研究成果在光纤传感、光通信、太赫兹传感等领域具有广阔的应用前景。.在本项目的资助下，共发表学术论文11篇，其中SCI检索期刊论文9篇，EI检索论文2篇，申请发明专利2项，实用新型专利1项。超额完成了项目预定的研究目标。