Temperature-insensitive photonic crystal fiber interferometer for absolute strain sensing

Abstract

The authors report a highly sensitive (∼2.8pm∕με) wavelength-encoded strain sensor made from a piece of photonic crystal fiber (PCF) spliced to standard fibers. The authors intentionally collapse the PCF air holes over a short region to enlarge the propagating mode of the lead-in fiber which allows the coupling of only two modes in the PCF. The transmission spectrum of the interferometer is stable and sinusoidal over a broad wavelength range. The sensor exhibits linear response to strain over a large measurement range, its temperature sensitivity is very low, and for its interrogation a battery-operated light emitting diode and a miniature spectrometer are sufficient.

Strain and temperature characterization of LPGs written by CO2 laser in pure silica LMA photonic crystal fibers

“…The difference of only 10 µm between periods may not contribute much to distinguishing a significant trend in the experimental results, although an increase in sensitivity is perceived between LPG-B and LPG-D, which is accordance with the behavior described in (2). A comparison with results available in the literature shows that the sensitivity of LPG-D to strain is about 7 times larger than that reported in [28] (-0.992 pm/µε), about 8 times larger than that observed in a modal interferometer [29] (-0.81 pm/µε), and about 2.5 times larger than that reported in [30] (-2.8 pm/µε), which is made from a simple piece of photonic crystal fiber spliced to standard fibers. Although LPG-A was written with the same process, it represented a special case.…”

Polarization-Maintaining Photonic-Crystal-Fiber-based Polarimetric Strain Sensor with a Short Sensing Head

“…PCF 내부의 공기 구멍(air hole)이 입력광원의 파장과 비슷한 크기를 갖게 되 면 PCF는 광 밴드갭(photonic bandgap) 효과에 의해 빛을 도 파시킬 수 있고, 이 경우 코어(core)와 클래딩(cladding)을 단 일 물질(SiO2)로 구성할 수 있기 때문에 PCF는 기존의 굴절 률 유도(index guiding) 방식의 광섬유에 비해 현저히 낮은 온도 민감도를 갖는다. 따라서, PCF 기반 광섬유 센서들은 기존의 광섬유 센서들에 비해 상대적으로 온도에 둔감한 장 점을 갖고, 이로 인해 마하-젠더(Mach-Zehnder) 또는 페브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계 구조를 이용하여 기존 광섬유 센서 들에 비해 상대적으로 온도에 둔감한 스트레인(strain) 센서 들이 다수 제안되어왔다 [3][4][5] . 특히, 편광 유지 PCF(polarizationmaintaining PCF: 이하 PM-PCF) 기반의 사냑 복굴절 간섭계 (Sagnac birefringence interferometer) [6] 는 구조가 간단하고, 스트레인에 대한 복굴절 변화 민감도가 높으며, 입력 편광에 의존하지 않는 특성을 가지기 때문에 스트레인 센서부 (sensor head)나 센서 복조용 필터(demodulation filter)로 널 리 사용되고 있다 [7][8][9][10][11][12] .…”

Highly-birefringent Photonic Crystal Fiber with Squeezed Lattice for Strain, Curvature and Temperature Sensing

“…따라서 구부림을 가하는 변수 h 값 이 커질수록 r값은 작아지고 구부림의 정도는 커지게 된다. [8,9] Y축 방향으로 구부렸을 때의 변화 민감도를 확인하기 위 해 인접한 peak 파장의 파장 이동 정도를 측정하였다. ny에 비해 nx의 변화가 상대적으로 커져 복굴절이 감소하게 된다.…”