0  引言

    光纖對環(huán)境溫度和應力應變具有敏感特性， 可廣泛用于環(huán)境壓力變化的監(jiān)測。光子晶體光纖（ pcf） 與傳統(tǒng)光纖相比具有獨特的傳光特性 ，在各種有源和無源器件中具有重要作用。在pcf 壓力傳感器中， pcf 對壓力的敏感性高于普通光纖，而溫度敏感性比普通單模光纖低一個數(shù)量級， pcf壓力傳感器比普通光纖傳感器更優(yōu)越 。在pcf壓力傳感器用于環(huán)境監(jiān)測的過程中， 如果pcf 傳感器沒有很好的穩(wěn)定性， 就無法精確確定其他誤差來源， 也就不能精確測量外界壓力的變化。因此， 傳感器的穩(wěn)定性一直是工程應用中 為關心的問題， 穩(wěn)定性成為光纖傳感器實用化的主要障礙。影響光纖傳感器本身穩(wěn)定性的因素主要包括光纖傳感器結構、光源的性能、外界溫度的改變和制造工藝。

    pcf 傳感元件及其壓力傳感器具有優(yōu)異的傳感性能， 在智能材料結構領域具有廣闊的應用前景，但傳感器的穩(wěn)定性是pcf 壓力傳感器的關鍵。本文主要從pcf 壓力傳感器系統(tǒng)的激光光源、環(huán)境溫度變化及構成傳感器系統(tǒng)的其他無源器件等方面討論其穩(wěn)定性。

    1  pcf 壓力傳感基本原理

    在pcf 壓力傳感器系統(tǒng)中， 作為敏感元件， 采用的是折射率引導型pcf, 其傳播的光脈沖限制在纖芯內(nèi)。當有外部壓力作用時， pcf 內(nèi)各點產(chǎn)生面應力， 在面應力作用下各點發(fā)生應變， 忽略剪應力和角應變， 在直角坐標系中， 正應力可表示為[δ x δ y δ z ] ， 其中δx 、δy 分別表示x 和y 軸所受的橫向應力，δ z 表示pcf 軸向即z 方向受到的應力； 正應變量可表示為[ εx  εy ε z ] , 其中εx 、εy 表示pcf 橫向應變，εz 表示pcf 軸向應變。設pcf 傳感器中敏感元件pcf 所處的外界壓力場的壓力為f , pcf 纖芯直徑為d, 敏感元件pcf的長度為l , 外部壓力作用于敏感元件pcf 的示意圖如圖1所示。

    根據(jù)彈性力學理論， 在外界壓力作用下， pcf纖芯的3 個方向均會產(chǎn)生應力， 其應力可表示為：

  根據(jù)彈光理論， pcf 中某點的應力與產(chǎn)生的應變滿足以下關系式：

    式中， ci, j 是pcf 的彈性系數(shù)。根據(jù)彈性力學理論可以證明c11 = c22 = c33 , c12 = c13 = c21 = c23 = c31= c32 , 則在外界壓力作用下pcf 中產(chǎn)生的應變與靜壓力在pcf 中形成的應力之間的關系如下：

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