光子晶体光纤在光纤传感中的应用

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等。在实际应用上，目前在国外很多桥梁、大坝及输油管道等上以及在国内的重庆，上海，深圳等城市的桥梁及结构上都已开始应用。由于其固有的优势，光纤传感必会在不久的将来取代传统的传感技术。在国外，光纤传感首先被用在军事上，并且技术已经相当成熟，同时在很多工程上也得到了应用；在国内，对光纤传感的发展也日益重视，并为之投入了大量的资金。因此光纤传感技术的应用前景将十分广阔。目前成熟的产品包括：应变计，温度计，应变传感器，温度传感器，分布式光纤传感器等等。随着各种新技术、新材料的出现，新的光纤传感原理、传感技术也不断涌现。其中光子晶体以及光子晶体光纤由于其高双折射、光子带隙等独特的性能表现，给光纤传感技术带来了一场新的革命。

２　光子晶体光纤概述

光子晶体的概念最早由Ｅ．Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ和Ｓ．Ｊｏｈｎ于１９８７年在Ｐｈｙｓｉｃｓ　ＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ上分别提出，其实质是通过介电常数在空间的周期分布构成的介质材料。这些具有周期分布结构的介质对特定频率的光会产生带隙，而光子晶体最根本的特点就是具有光子带隙（ＰＢＧ）。光子晶体光纤ＰＣＦ）可以看成是一种二维光子晶体，即在二维光子晶体纤维轴向制造缺陷，利用其局域光的能力，将光限制在缺陷内传播，从而实现导光。光子晶体光纤自从提出后，引起

图

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基于偏振模差拍的频谱测量所得到的一种

高双折射光子晶体光纤的拍长

图

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光纤偏振干涉仪原理图

图３　基于光子晶体光纤的布拉格光栅传感器原理

了人们强烈的关注。事实上，光子晶体光含有周期排列空气孔的光子晶体组成，由纤导光的机制可以分为两种，一种为纤芯于纤芯折射率高于包层有效折射率，这种区域为高折射率材料，例如硅，包层由包

光纤仍然是利用全内反射（ＴＩＲ）原理导光；

　科技创新导报　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ１３

（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｆｉｂｅｒ，简称