Page 40 - 网络电信2018年10月刊下

为 [4-19] ： 图2 折射率实验装置图

（1）
这里Ic和Is分别是MCF的纤芯模强度和包层模强度。纤芯模
和包层模之间的相位差可以表示为:

（2）
其中，λ是传播光的波长，L是MCF的长度，∆n eff 表示MCF的
纤芯和包层的有效折射率差，即∆neff= 图3 不同折射率下传感器的透射光谱图
为MCF的纤芯有效折射率， 为MCF的包层有效折射率。从
方程(1)可知，在干涉强度最小时，通过长度L的MCF后，纤芯模
和包层模的相位差应该满足:

（3）
因 此 m 阶 衰 减 峰 的 波 长 ( 对 应 谐 振 峰 波 谷 ) 可 以 写
成:
（4）
根据公式(4)，当外界环境折射率改变时，MCF的包层有效 必须在NaCl溶液中保持15分钟，以保证测量数据的准确性。每
折射率 变化较大MCF的纤芯有效折射率 变化较小， 测量完一个浓度的NaCl溶液，重新更换新浓度的NaCl溶液，再
从而引起∆n eff 变化，使λm发生漂移。另外，我们假设R sur 是传 重复上面的实验过程。图3与图4为室温下OSA记录下的不同NaCl
感器关于环境折射率的函数，那么环境折射率引起的传感器透 溶液折射率时传感器的透射谱波形变化图，其中图4是图3波谷
射谱的输出光强为 ［4，20］ : dip1处的放大图。从图4可以看出，随着NaCl溶液浓度的升高，
即NaCl溶液折射率逐渐增大时，传感器透射谱的谐振峰波谷的
（5） 中心波长λ1漂移量很小，谐振峰值损耗Ar逐渐减小。
式中，E为光波的振幅，根据公式(5)，当外界环境折射率
改变时，也会引起传感器透射谱的输出光强发生变化。因此， 图4 不同折射率下透射光谱
我们可以依据公式(4)与(5)讨论环境折射率改变时，传感器透
射谱的谐振峰值(波谷)波长与谐振峰值损耗(光强)的变化情
况，依据它们的变化关系可以进行环境折射率测量。

二、实验结果与讨论
折射率测量实验装置如图2所示，实验装置包括BBS、OSA、
两个升降平台、水槽、两个固定支架、三维移动平台，以及实
验所用的NaCL溶液。BBS采用一种低偏振超宽带光源，型号为
FL-ASE-EB-D-2-2-FC/APC，光谱范围为1250nm至1650nm。OSA采
图5 透射谱的峰值损耗和谐振中心波长与折射率的变化关系
用日本横河AQ6370D光谱仪，光谱测量范围为600nm至1700nm，
整个波段波长最小精度为±0.1nm。在室温下将制好的传感器
输入端与BBS连接，将传感器的输出端与OSA连接。将传感器放
在水槽内，两端光纤用平台固定，用5g砝码把光纤拉直。为
了得到不同折射率的NaCl溶液，分别将饱和NaCl溶液(浓度为
26.5%)和H2O按照不同比例混合好，得到不同浓度的NaCl溶液，
然后根据折射率实验公式计算出相应浓度NaCl溶液的折射率值
［21］
。
在实验前，将水槽清洗干净不能残留有任何杂质，防止水
槽里残留杂质成分对加入的NaCl溶液浓度产生影响。实验时首 根据实验测得的数据，获得传感器透射谱的峰值损耗和谐
先将NaCl溶液倒入水槽中，将光纤传感探头放置于装有NaCl溶 振中心波长与折射率的变化关系曲线如图5所示。从图5中可以
液的水槽中。为了防止溶液中传感器探头发生弯曲对测量产生 发现，随着环境折射率的变化，传感器透射谱的谐振峰值波谷
误差，必须把光纤传感探头水平拉直，并且光纤传感探头必须 波长λ1漂移量很小，可以认为基本不变，没有拟合价值。图
全部浸入NaCl溶液中。在每一个NaCl溶液浓度(即每一个折射 5对传感器透射谱的峰值损耗Ar与折射率的变化关系进行了数
率测量点)时，测量一次传感器的透射谱，在测量时传感器探头 值拟合，拟合系数达到0.9714，从拟合曲线可以看出，传感器

网络电信 二零一八年十月 67