2020年2月，我院物理电子学专业2017级研究生李杰文在方晓惠研究员的指导下，以第一作者在光学领域权威期刊Optics Express发表题为“Ultrasensitive refractive index sensor based on enhanced Vernier effect through cascaded fiber core-offset pairs”的研究论文，该杂志由美国光学协会主办。
因为用于折射率测量的干涉型光纤传感器具有便于组网及复用、抗电磁辐射、灵敏度高等优点，所以该传感器已成为环境监测、生化分析、医学诊断等领域的研究热点。高灵敏度一直是衡量传感器性能的重要指标，尤其在生物分析及医学诊断领域具有重要意义。最近，采用游标效应来放大灵敏度成为研究热点。已有基于游标效应的报导忽略了参考干涉仪受环境影响这一因素，事实上这一因素不仅会带来误差，还有可能降低灵敏度。
该文提出了一种基于增强游标效应的级联光纤纤芯偏移对超灵敏折射率传感器。该结构由两对光纤芯偏移对串联而成，其中一对光纤芯偏移对用作为马赫-曾德尔干涉仪（MZI），另一对用具有较大的纤芯偏移量，用作低精度的法布里-珀罗干涉仪（FPI）。
不同于传统游标效应传感器中要求参考干涉仪不受环境干扰，该文中的两个干涉仪（MZI和FPI）同时对周围环境敏感。当周围折射率变化时，MZI和FPI的干涉条纹向相反方向移动，其结果叠加条纹的包络表现出增强的游标效应，其灵敏度是传统游标效应的两倍。而周围温度变化时，MZI和FPI的干涉条纹向相同方向漂移，叠加条纹的包络表现出减小的游标效应。实验表明，在折射率为1.33附近获得了-87261.06 nm/RIU的超高灵敏度，且具有良好的线性。所提出的增强游标效应方案为其它传感领域的高灵敏度传感提供了新的视角和思路。
图1使用MZI级联FPI增强游标效应的折射率传感器的示意图
图2 在25°C下，传感器的折射率响应。
在不同折射率下，(a) MZI、(b) FPI光谱和(c) 包络随外界折射率变化的光谱漂移；
(d)-(f)是对应(a)-(c)波谷随着折射率的变化
论文链接：https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-28-3-4145
供稿：方晓惠课题组 编辑：研究生会 徐子雯
