液晶填充微型孔缺陷芯光子晶体光纤高灵敏度电场传感方法研究

基本信息
批准号:51907017
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:刘强
学科分类:
依托单位:东北大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
游标效应缺陷芯传感机制电场传感器光子晶体光纤
结项摘要

Integrating sensitive optoelectronic materials with optical fibers to realize high-sensitive sensor is one of the core scientific problems in the field of optoelectronics. Photonic crystal fibers filled with optoelectronic materials integrate the physical effect of the filled optoelectronic materials with the micro-nanostructure of the fibers, which provides a new carrier for the realiza- tion of high-sensitivity optical fiber sensors. In this project, a kind of photonic crystal fiber with micro-hole defect core is proposed and developed, and we reveals the light-conducting mechanism and mode characteristics of the fiber. We propose that the electric field-sensitive liquid crystal is filled into the cladding of the photonic crystal fiber and the micro-hole of the defect core. We guess both the liquid crystal in the micro-hole and cladding will act on the optical fiber mode simultaneously, which can enhance the effect of liquid crystal on the optical fiber mode, and thus improve the sensitivity of the fiber sensor. The interaction between liquid crystal and optical fiber mode in micro-nano size is revealed. A cascade Sagnac interferometer based on liquid crystal filling photonic crystal fiber with micro-hole defect core is proposed to realize the vernier effect, and the sensitivity is amplified by tracking the envelope of total output spectrum. Micro-hole defect core photonic crystal fibers are expected to open up a new method to improve the sensitivity of optical fiber sensors. The study of liquid crystal filling photonic crystal fibers is expected to further deepen the understanding of the interaction between light and photoelectric materials in micro-nano size, and has reference value for the study of other anisotropic optoelectronic materials filling photonic crystal fibers.

将敏感型光电材料与光纤集成实现高灵敏度光纤传感器是光电子学领域的核心科学问题之一,光电材料填充光子晶体光纤集填充材料的物理效应与光纤微纳结构于一体,为实现高灵敏度光纤传感器提供了新的载体。本项目提出并研制一种微型孔缺陷芯光子晶体光纤,揭示该光纤的导光机理与模式特性;提出将电场敏感型液晶填入光子晶体光纤包层及纤芯微型孔内,设想纤芯及微型孔内的液晶同时作用于光纤模式,能够增强液晶对光纤模式的作用,进而提高光纤传感器的灵敏度;揭示微纳尺度上液晶对光纤模式的作用规律;提出利用液晶填充微型孔缺陷芯光子晶体光纤搭建级联型Sagnac干涉仪实现游标效应,通过总输出光谱形成的包络使灵敏度被放大。提出的微型孔缺陷芯光子晶体光纤有望为提高光纤传感器的灵敏度开辟一种新方法;研究液晶填充光子晶体光纤有望进一步深化光与光电材料在微纳尺寸上相互作用的认知,对其它各向异性光电材料填充光子晶体光纤的研究具有借鉴价值。

项目摘要

将敏感型光电材料与光纤集成实现高灵敏度光纤传感器是光电子学领域的核心科学问题之一,光电材料填充光子晶体光纤集填充材料的物理效应与光纤微纳结构于一体,为实现高灵敏度光纤传感器提供了新的载体。研究了不同电场环境下液晶的折射率、双折射、分子取向等,通过模拟仿真研究了基于级联型Sagnac干涉仪的游标效应,完成了液晶填充光子晶体光纤的理论计算及其基本特性的数值研究。实现了液晶在光子晶体光纤的填充,测试了液晶填充光子晶体光纤的模式参量,研究了缺陷芯光子晶体光纤灵敏度增强机制。实验研究了光子晶体光纤搭建级联型Sagnac干涉仪实现游标效应,证明了游标效应灵敏度增强机制,实现了高灵敏度的光纤传感器。揭示了缺陷芯光子晶体光纤的导光机理与模式特性,找到了微纳尺度上各向异性液晶对光纤模式的作用规律,证明了材料填充缺陷芯光子晶体光纤的灵敏度增强机制,实现了液晶对光子晶体光纤气孔的选择性填充,获得了密闭室气压、填充距离及光纤结构等参量与填充速率的关系,找到了影响游标效应效果的填充材料、光纤结构以及光纤长度等参量的关系,实现了灵敏度高达1151.7 nm/kV/mm的光纤电场传感器。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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