Temperature Sensor Based on Whispering Gallery Modes of Metal-Filled Side-Hole Photonic Crystal Fiber Resonators

低语长廊波浪 材料科学 谐振器 光子晶体光纤 折射率 光学 光纤 纤维 光子晶体 光电子学 物理 复合材料 冶金
作者
Tatiana Muñoz-Hernández,Erick Reyes-Vera,Pedro Torres
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (16): 9170-9178 被引量:26
标识
DOI:10.1109/jsen.2020.2987175
摘要

In this study, we propose and analyze a temperature sensor based on whispering gallery modes (WGMs) in a cylindrical microresonator formed by metal-filled side-hole photonic crystal fiber (mSH-PCF). WGMs in the mSH-PCF microresonator are excited by evanescent light coupling using a tapered single-mode silica fiber. The application of temperature to the mSH-PCF microresonator causes a change in both the geometric shape of the microresonator and the refractive index produced by the thermal expansion of the filler metal, resulting in a linear shift of the WGM resonances in which the WGM quality factors do not decrease significantly during temperature changes. We also demonstrate that the temperature sensitivity of this platform is governed by the interaction between the microresonator and the fiber taper. Bismuth and indium were used to examine the effect of metal composition on temperature sensitivity. The measurements show that a maximum temperature sensitivity of 18.72 pm/°C can be achieved with the indium-filled PCF. The experimental results are in good agreement with the numerical simulations. WGM shifts were found to depend mainly on cavity deformation.
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