Towards high-sensitivity and high-accuracy forward Brillouin scattering-based optomechanical temperature sensing in thin-diameter fibers

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作者
Liang Zhang,Han Wang,Yichun Li,Song Gao,Mengshi Zhu,Heming Wei,Fufei Pang,Tingyun Wang
出处
期刊:Optics Express [The Optical Society]
卷期号:32 (1): 586-586
标识
DOI:10.1364/oe.510565
摘要

We numerically and experimentally demonstrated a high-sensitivity and high-accuracy temperature sensor based on guided acoustic radial modes of forward stimulated Brillouin scattering (FSBS)-based optomechanics in thin-diameter fibers (TDF). The dependence of the FSBS-involved electrostrictive force on the fiber diameter is systematically investigated. As the diameters of the fiber core and cladding decrease, the intrinsic frequency of each activated acoustic mode and corresponding FSBS gain are expected to be accordingly increased, which benefits the significant enhancement of its temperature sensitivity as well as the optimization of the measurement accuracy. In validations, by utilizing TDFs with fiber diameters of 80 µm and 60 µm, the proof-of-concept experiments proved that sensitivities of the TDF-based FSBS temperature sensor with radial modes from R0,4 to R0,15 increased from 35.23 kHz/°C to 130.38 kHz/°C with an interval of 8.74 kHz/°C. The minimum measurement error (i.e., 0.15 °C) of the temperature sensor with the 60 µm-TDF is 2.5 times lower than that of the 125 µm-SSMF (i.e., 0.39 °C). The experimental and simulated results are consistent with theoretical predictions. It is believed that the proposed approach with high sensitivity and accuracy could find potential in a wide range of applications such as environmental monitoring, chemical engineering, and cancer detection in human beings.

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