Highly sensitive gas refractometers based on optical microfiber modal interferometers operating at dispersion turning point

折射计 超细纤维 光学 材料科学 干涉测量 折射率 光纤 灵敏度(控制系统) 色散(光学) 天文干涉仪 光纤传感器 物理 电子工程 工程类 复合材料
作者
Nancy Meng Ying Zhang,Kaiwei Li,Nan Zhang,Yu Zheng,Ting Zhang,Qi Miao,Perry Ping Shum,Lei Wei
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:26 (22): 29148-29148 被引量:67
标识
DOI:10.1364/oe.26.029148
摘要

In most fiber-optic gas sensing applications where the interested refractive index (RI) is ~1.0, the sensitivities are greatly constrained by the large mismatch between the effective RI of the guided mode and the RI of the surrounding gaseous medium. This fundamental challenge necessitates the development of a promising fiber-optic sensing mechanism with the outstanding RI sensitivity to achieve reliable remote gas sensors. In this work, we report a highly sensitive gas refractometer based on a tapered optical microfiber modal interferometer working at the dispersion turning point (DTP). First, we theoretically analyze the essential conditions to achieve the DTP, the spectral characteristics, and the sensing performance at the DTP. Results show that nonadiabatic tapered optical microfibers with diameters of 1.8-2.4 µm possess the DTPs in the near-infrared range and the RI sensitivities can be improved significantly around the DTPs. Second, we experimentally verify the ultrahigh RI sensitivity around the DTP using a nonadiabatic tapered optical microfiber with a waist diameter of ~2 μm. The experimental observations match well with the simulation results and our proposed gas refractometer provides an exceptional sensitivity as high as -69984.3 ± 2363.3 nm/RIU.
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