Л.И. Юсупова – студентка,  кафедра «Радиотехника, опто- и наноэлектроника», Ульяновский государственный технический университет E-mail: lesanusupova@gmail.com

О.В. Иванов – д.ф.-м.н.,  кафедра «Радиотехника, опто- и наноэлектроника», Ульяновский государственный технический университет, Ульяновский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН E-mail: olegivvit@yandex.ru

Постановка проблемы. Оптоволоконные структуры со вставками нестандартных волокон, спектральные характеристики которых определяются взаимодействием и преобразованием нескольких волоконных мод различных типов, привлекают значительный интерес благодаря простоте их создания, компактности, возможности использования для измерения параметров внешней среды. Волоконные структуры со вставками, возбуждающими оболочечные моды, находят применения в качестве датчиков влажности, температуры, показателя преломления внешней среды и других. Для обеспечения связи моды сердцевины и мод оболочки используются вставки из многомодовых волокон, волокна с тонкой сердцевиной, без сердцевины и микроструктурированные волокна.

Для повышения чувствительности волоконных структур, использующих моды оболочки, создаются интерферометры путем объединения пары элементов, преобразующих различные моды волокна друг в друга. Для датчиков, работающих в режиме отражения, интерферометр может быть выполнен с использованием одиночного элемента, через который моды проходят дважды. Модовый интерферометр образуется при вставке волокна с тонкой сердцевиной, вваренной между стандартными волокнами. В такой структуре моды оболочки возбуждаются на стыке двух волокон из-за сильного различия их профилей показателя преломления.

Цель. Предложить волоконный интерферометр нового типа на основе двух коротких вставок из волокон с тонкой сердцевиной SM600 и SM450, разделенных секцией стандартного волокна SMF-28.

Результаты. Вставки из волокна с тонкой сердцевиной возбуждают моды оболочки и обеспечивают обмен энергией между различными модами волокна. Отрезок стандартного волокна используется для накопления разности фаз между модами сердцевины и оболочки, распространяющимися через структуру. Измерены спектры пропускания для различных длин интерферометра. Найдены оптимальные параметры вставок волокон SM600 и SM450 для получения максимальной амплитуды модуляции в спектре. Для волокна SM600 оптимальная длина вставки составляет 0,3…0,8 мм, а для волокна SM450 – 0,1…0,4 мм.

Практическая значимость. Интерферометр, предложенный в данной работе, может быть использован как чувствительный элемент в различных датчиках, например, в датчике изгиба или показателя преломления.

1. Nur Hidayah S., Hanim A.R, Hazura H., M Zain A.S., K Idris S. Modal interferometer structures and splicing techniques of fiber optic sensor // Telecomm. Electron. Comp. Eng. 2018. V. 10. P. 23−27.
2. Akita S., Sasaki H., Watanabe K., Seki A. A humidity sensor based on a hetero-core optical fiber // Sens. Act. B: Chem. 2010. V. 147. P. 385−391.
3. Bao W., Hu N., Qiao X., et al. High-temperature properties of a thin-core fiber MZI with an induced refractive index modification // IEEE Photonics Technol. Lett. 2016. V. 28. P. 2245−2248.
4. Zhao Y., Pang F., Dong Y., et al. Refractive index sensitivity enhancement of optical fiber cladding mode by depositing nanofilm via ALD technology // Opt. Express. 2013. V. 21. P. 26136−26143.
5. Gu B., Qi W., Zhou Y., et al. Reflective liquid level sensor based on modes conversion in thin-core fiber incorporating tilted fiber Bragg grating // Opt. Express. 2014. V. 22. P. 11834−11839.
6. Su J., Tong Zh., Cao Y., Zhang W. High sensitivity multimode–multimode–multimode structure fiber sensor based on modal interference // Opt. Commun. 2014. V. 315. P. 112−115.
7. Tong Zh., Wang X., Zhang W., Xue L. Research on dual-parameter optical fiber sensor based on thin-core fiber and spherical structure // Laser Phys. 2018. V. 28. P. 045102.
8. Shao J.-X., Xie W.-G., Song X., Zhang Y.-N. A new hydrogen sensor based on SNS fiber interferometer with Pd/WO3 coating // Sensors. 2017. V. 17. P. 2144.
9. Fu X., Xie H., Zhang C., Guo P., Fu G., Bi W. Fiber-optic temperature sensor based on specialty triple-clad fiber // Proc. SPIE 9274, Advanced Sensor Systems and Applications. 2014. V. 6. P. 92741.
10. Li T., Donga X., Chanb C.C., Hua L., Qian W. Simultaneous strain and temperature measurement based on a photonic crystal fiber modal-interference interacting with a long period fiber grating // Opt. Commun. 2012. V. 285. P. 4874−4877.