多芯少模光纤在传感领域的应用-长飞.PDF

YOFC_17002_WP 多芯少模光纤在传感领域的应用 特种产品事业部 刘彤庆 李博睿 童维军 摘 要：基于多芯光纤和少模光纤的空分复用技术，一方面可以显著提升光纤通信系统 的传输容量；另一方面，由于多芯光纤中不同纤芯、少模光纤中不同空间模式在同一光纤中 共同传输时拥有不同的空间分布，这些空分光场特性会对周围环境参数的变化产生不同的响 应，在此基础上可利用多芯光纤和少模光纤开展更前沿的传感技术研究。本文介绍了基于多 芯光纤和少模光纤的系列传感技术，以及多种新型高性能光纤传感器的研究进展。 关键词：空分复用技术 多芯光纤 少模光纤 高性能光纤传感器 1. 引言 基于多芯光纤和少模光纤的空分复用技 术，一方面可以显著提升光纤通信系统的传 输容量；另一方面，由于多芯光纤中不同纤 芯、少模光纤中不同空间模式在同一光纤中 共同传输时拥有不同的空间分布，这些空分 光场特性会对周围环境参数的变化产生不同 的响应，在此基础上可利用多芯光纤和少模 图1 七芯光纤截面图 光纤开展更前沿的传感技术研究。 作为全球光纤光缆行业的领导者，长飞 公司一直致力于高性能特种光纤在多个领域 的应用。近年来，长飞公司已联合华中科技 大学光通信与光网络工程研究团队，联合研 究空分复用技术的同时，也开展了基于多芯 光纤和少模光纤的系列传感技术研究，并通 图2 七芯光纤耦合器 过对多芯少模光纤的物理、结构特性的探索，/ 实现了多种新型高性能光纤传感器。 凭借联合研发团队研制的高质量多芯光 纤（注：光纤在 1550nm 衰减0.20dB/km 左右， 2. 基于多芯光纤传感技术研究进展 串扰低于-40dB/100km，见图1）以及空分复 用/解复用器 （注：插入损耗1.5dB，串扰 -45dB，回波反射-50dB，见图2），多种高 性能的光纤传感器已经得到实现。 资料条款的最终解释权属于长飞公司 2.1多芯光纤矢量弯曲传感器 纤进行拉锥，并在多芯光纤末端进行电弧放 电形成一个反射面，实现线内的迈克尔逊干 如图3 所示，在异质型多芯光纤同位置 涉结构。从单模光纤进入的光信号先在拉锥 的不同芯上刻制布拉格光栅，由于中间芯与 区域耦合进多芯光纤中的外围芯，然后通过 外围芯折射率差异，它们的布拉格系数也不 末端反射，重新在拉锥区域形成干涉。 相同。为了同时测量这两种不同的布拉格光 栅的反射结果，我们利用一段多模光纤将多 芯光纤中纤芯和一个外围芯与普通单模光纤 相连接。 测试结果表明，外围芯布拉格光栅的曲 图5 （a）多芯光纤截面 （b）光纤示意结构 率系数是光纤弯曲方向角的正弦。并且由于 （c）显微镜下光纤照片 （d）显微镜下末端反射面 中间芯与外围芯的系数不同，可以用中间芯 来补偿环境的温度变化，最终不仅实现了曲 由于多芯光纤中的空分复用和多径干涉 率的测量，也实现了光纤弯曲方向的测量， 结构，大大增强了该迈克尔逊干涉仪的温度 如图4 所示。 响应系数，最终实现了165pm/°C 的灵敏度， 远高于普通的迈克尔逊干涉仪。同时实现了 900℃以上的高温测量，如图6所示 图6 （a）温度系数测量结果