用于 1550 nm 传感应用的线性有源光纤腔中的相移腔衰荡光谱

1550~nm 波段的液相传感应用因广泛可用的现成组件而备受青睐。通常，液体在 1550~nm 处会引起高吸收损耗，从而限制传感器的整体灵敏度与检测限。一种解决方案是使用有源光纤环结合腔衰荡光谱来克服这些吸收损耗。然而，光纤环内的放大器存在固有的增益波动，限制了传感系统的整体性能。在此，我们提供了一种新型传感器，采用波长扫描相移腔衰荡光谱（PS-CRDS）结合线性有源光纤腔，有望比传统光纤环传感器提供更灵敏的方案。我们使用锥形光纤作为由光纤布拉格光栅构建的有源腔内的传感头。我们推导了系统的理论相移表达式，并使用有限元方法对其进行仿真，以确定去离子水中葡萄糖传感的最佳锥形光纤直径。与非放大系统相比，我们发现通过放大器增益调谐，放大系统可将灵敏度提高十四倍。我们还使用 0-15.5~mM 葡萄糖溶液进行了实验测量，发现其与理论预测极为吻合。实验中，在未对系统进行任何温度稳定的情况下，获得了传感器灵敏度 0.768~$^o$/mM（1164~$^o$/RIU）和检测限 0.75~mM（4.5~$\times$~10$^{-4}$~RIU）。我们预期本工作将在光纤腔、环形谐振器及其他微腔结构中找到广泛的传感应用。