In-line microfiber MZI operating at two sides of the dispersion turning point for ultrasensitive RI and temperature measurement

超细纤维 材料科学 折射率 干涉测量 灵敏度(控制系统) 聚二甲基硅氧烷 色散(光学) 光学 温度测量 光电子学 纳米技术 复合材料 物理 电子工程 量子力学 工程类
作者
Feng Xia,Yong Zhao,Yun Peng
出处
期刊:Sensors and Actuators A-physical [Elsevier BV]
卷期号:301: 111754-111754 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.sna.2019.111754
摘要

Abstract An in-line microfiber Mach-Zehnder interferometer (MZI) is demonstrated for ultrasensitive refractive index (RI) and temperature measurement by operating at two sides of the dispersion turning point (DTP), respectively. An ultrahigh RI sensitivity of 24,209 nm/RIU (RI unit) around 1.3320 and a high temperature sensitivity of -2.47 nm/℃ are experimentally achieved by a microfiber MZI with taper waist diameter of about 4.8 μm. By embedding this microfiber MZI into polydimethylsiloxane (PDMS), the temperature sensitivity is improved from -2.47 nm/℃ to about 8.33 nm/℃. The positive temperature sensitivity of this PDMS-coated microfiber MZI and the negative thermo-optic coefficient of PDMS show that this microfiber MZI has a negative RI sensitivity around the material RI of PDMS (about 1.405), which indicates that the microfiber MZI works at two sides of the DTP for RI measurement and temperature measurement, respectively. The PDMS-coated microfiber MZI could achieve a temperature measurement resolution of about 0.0024 ℃ if the resolution of the optical spectrum analyzer were 0.02 nm, making it suitable for temperature measurement applications with high precision requirement. The bare microfiber MZI is promising for liquid analytical measurement in fields like biochemistry for its advantages of ultrahigh sensitivity, small size, and little sample consumption.
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