基于弱耦合多芯少模光纤光斑分析的扰动传感研究

提出了一种基于耦合多芯少模光纤(FM-MCF)光斑检测的光纤扰动传感器结构,并进行了实验验证。该传感器采用“单模光纤-多模光纤(MMF)-多芯少模光纤”的级联光纤结构,单模激光经过MMF进行光场发散后,FM-MCF中的7个芯子都能被照亮,因此在FM-MCF的末端可以用相机接收到具有7个子光斑的光斑图像。实验中在FM-MCF不同位置处施加扰动并同时采集光斑,之后基于神经网络对变化的光斑图样进行处理以实现扰动位置分类。基于FM-MCF芯内强耦合、芯间弱耦合的特性,利用该光纤结构以3 cm的空间分辨率实现了对15个扰动位置的99.46%的高精度分类,远高于仅采用MMF通过光斑检测进行扰动定位的结果。也测试了FM-MCF传感器同时检测扰动位置和强度的能力,识别分类准确率均接近100%。实验结果表明,所提出的传感器具有成本低、结构简单、易于解调和高精度的优点。