近日，我室研究生王娟（第一作者）和杨佩龙讲师，聂秋华教授（共同通讯作者）在期刊Optics Letters上发表题为“High-sensitivity micro-strain sensing using broadband wavelength-tunable thulium-doped all-fiber structured mode-locked laser”的论文(ISSN:0146-9592,2022,47(1),34-37. https://doi.org/10.1364/OL.445042)。

       近年来，基于光纤的应力传感器由于其抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、紧凑性高、灵敏度高等优势在各领域得到了广泛的应用。与传统光纤传感器，如布拉格光纤干涉仪传感器、光纤布拉格光栅（FBG）、长周期光栅等相比，基于多模干涉效应的单模-多模-单模 (SMS) 光纤结构的传感器制造成本更低，但应变传感灵敏度与 FBG 相当。虽然基于 SMS 光纤结构的传感器有许多显著的优点，但其作为一种无源器件，在传感过程中很大程度上依赖于光源，这会在一定程度上降低其传感性能和紧凑性。基于此，本研究制作了低插损的SMS器件，采用光束传播法模拟了SMS器件中多模光纤自成像过程中的光场能量分布情况。利用此SMS器件，结合色散管理技术，实现了输出波长调谐范围从1976 nm到1916 nm的掺铥锁模光纤激光应变传感器。通过在多模光纤（MMF）上施加轴向拉力，探索了锁模脉冲的中心波长偏移与应变和拉力之间的规律性，实现了从 0 ~ 5385 με 的精确轴向应变测量，灵敏度高达 -11.5 pm/με，同时实现了0~585 g的拉力测量范围，灵敏度为-103 pm/g。

图1 (a) SMS器件结构。(b) 模拟的MMF中的光场能量分布。(c) 模拟的不同MMF长度下SMS器件的透射谱。

图2 (a) 激光应变传感系统装置图。(b) 拉力监测装置。(c) 光纤夹持和拉伸部件。(d) 拉力监测与显示

图3 输出光谱中心波长λ0与 (a) 应变ε和 (b) 拉力N的关系。