Curvature and Angle Sensor Based on LP21 Mode Reflected by a Four-Mode Fiber Bragg Grating

曲率 联轴节(管道) 物理 纤维 灵敏度(控制系统) 弯曲 光学 数学分析 数学 几何学 材料科学 电子工程 工程类 复合材料 热力学
作者
Qingxin Sha,Min Li,Haifei Lv,Mingyu Li,Shuo Deng,Sisi Liu,Jiafu Wang,Xiaoyan Wen
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (10): 10470-10477 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3263873
摘要

A fiber curvature and angle sensor based on LP21 mode reflected by a fiber Bragg grating (FBG) inscribed in a four modes fiber (FMF) has been developed. Modal coupling efficiency was calculated as a function of curvature radius, and LP21-LP01 coupling was revealed to be more sensitive to fiber bending compared with LP11-LP01 and LP02-LP01 coupling. Simulation analysis of mode electric field distribution in a bent FMF demonstrated that modal coupling efficiency was consistent with an overlapping integral, i.e., an overlapping area between the two involved modes. A verification experiment was carried out and the signal intensity of LP21-LP01 coupling first decreased and then increased during bending, keeping consistent with the calculation results. The sensitivity is −46.13 and 38.15 dB/ $\text{m}^{-{1}}$ in the curvature range of 3.96–4.20 and 4.26–4.49 $\text{m}^{-{1}}$ , respectively. The sensor also brings about an angle sensitivity with a maximum difference of 12.03 dB in the angle of $0- 2\pi $ . Due to the simple structure, ease of fabrication, and reliable response performance, the proposed sensor is believed to have potential application prospects in curvature and angle detection fields.
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