Abstract

We report on a new optical strain sensor based on a polymer planar Bragg grating (PPBG). The sensor consists of commercially available bulk Polymethlymethacrylate with a UV-inscribed optical waveguide as well as a Bragg grating, both of which are fabricated simultaneously in a single writing step. Upon axial strain, the Bragg wavelength reveals a quasi-instantaneous spectral red shift that depends linearly on the mechanical load with a sensitivity of 2.95pm/με. The relative reflected intensity of the PPBG remains constant in the investigated load region.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. K. Hill and G. Meltz, J. Lightwave Technol. 15, 1263 (1997).
    [CrossRef]
  2. A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
    [CrossRef]
  3. A. Othonos, Rev. Sci. Instrum. 68, 4309 (1997).
    [CrossRef]
  4. M. Silva-López, A. Fender, W. N. MacPherson, J. S. Barton, J. D. C. Jones, D. Zhao, H. Dobb, D. J. Webb, L. Zhang, and I. Bennion, Opt. Lett. 30, 3129 (2005).
    [CrossRef]
  5. H. B. Liu, H. Y. Liu, G. D. Peng, and P. L. Chu, Opt. Commun. 219, 139 (2003).
    [CrossRef]
  6. A. Stefani, S. Andresen, W. Yuan, N. Herholdt-Rasmussen, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 763 (2012).
    [CrossRef]
  7. Y. Luo, B. Yan, M. Li, X. Zhang, Q. Zhang, and G. D. Peng, in PIERS 2010 (The Electromagnetic Academy, 2010), pp. 696–699.
  8. H. Y. Liu, H. Liu, and G. D. Peng, Proc. SPIE 5855, 663 (2005).
    [CrossRef]
  9. Z. Xiong, G. D. Peng, B. Wu, and P. L. Chu, IEEE Photon. Technol. Lett. 11, 352 (1999).
    [CrossRef]
  10. Z. F. Zhang, C. Zhang, X. M. Tao, G. F. Wang, and G. D. Peng, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1562 (2010).
    [CrossRef]
  11. W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
    [CrossRef]
  12. C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
    [CrossRef]
  13. M. Rosenberger, G. Koller, S. Belle, B. Schmauss, and R. Hellmann, Opt. Express 20, 27288 (2012).
    [CrossRef]
  14. A. Stefani, W. Yuan, C. Markos, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 23, 660 (2011).
    [CrossRef]
  15. A. Stefani, W. Yuan, S. Andresen, and O. Bang, IEEE Sens. J. 12, 3047 (2012).
    [CrossRef]
  16. www.goodfellow.com .
  17. A. Othonos and K. Kalli, Fiber Bragg Gratings (Artech House, 1999).
  18. W. Yuan, L. Khan, D. J. Webb, K. Kalli, H. K. Rasmussen, A. Stefani, and O. Bang, Opt. Express 19, 19731 (2011).
    [CrossRef]

2012

A. Stefani, S. Andresen, W. Yuan, N. Herholdt-Rasmussen, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 763 (2012).
[CrossRef]

A. Stefani, W. Yuan, S. Andresen, and O. Bang, IEEE Sens. J. 12, 3047 (2012).
[CrossRef]

M. Rosenberger, G. Koller, S. Belle, B. Schmauss, and R. Hellmann, Opt. Express 20, 27288 (2012).
[CrossRef]

2011

A. Stefani, W. Yuan, C. Markos, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 23, 660 (2011).
[CrossRef]

W. Yuan, L. Khan, D. J. Webb, K. Kalli, H. K. Rasmussen, A. Stefani, and O. Bang, Opt. Express 19, 19731 (2011).
[CrossRef]

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

2010

Z. F. Zhang, C. Zhang, X. M. Tao, G. F. Wang, and G. D. Peng, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1562 (2010).
[CrossRef]

2006

C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
[CrossRef]

2005

2003

H. B. Liu, H. Y. Liu, G. D. Peng, and P. L. Chu, Opt. Commun. 219, 139 (2003).
[CrossRef]

1999

Z. Xiong, G. D. Peng, B. Wu, and P. L. Chu, IEEE Photon. Technol. Lett. 11, 352 (1999).
[CrossRef]

1997

K. Hill and G. Meltz, J. Lightwave Technol. 15, 1263 (1997).
[CrossRef]

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

A. Othonos, Rev. Sci. Instrum. 68, 4309 (1997).
[CrossRef]

Andresen, S.

A. Stefani, W. Yuan, S. Andresen, and O. Bang, IEEE Sens. J. 12, 3047 (2012).
[CrossRef]

A. Stefani, S. Andresen, W. Yuan, N. Herholdt-Rasmussen, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 763 (2012).
[CrossRef]

Askins, C. G.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Bache, M.

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

Bang, O.

A. Stefani, W. Yuan, S. Andresen, and O. Bang, IEEE Sens. J. 12, 3047 (2012).
[CrossRef]

A. Stefani, S. Andresen, W. Yuan, N. Herholdt-Rasmussen, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 763 (2012).
[CrossRef]

A. Stefani, W. Yuan, C. Markos, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 23, 660 (2011).
[CrossRef]

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

W. Yuan, L. Khan, D. J. Webb, K. Kalli, H. K. Rasmussen, A. Stefani, and O. Bang, Opt. Express 19, 19731 (2011).
[CrossRef]

Barton, J. S.

Belle, S.

Bennion, I.

Chu, P. L.

H. B. Liu, H. Y. Liu, G. D. Peng, and P. L. Chu, Opt. Commun. 219, 139 (2003).
[CrossRef]

Z. Xiong, G. D. Peng, B. Wu, and P. L. Chu, IEEE Photon. Technol. Lett. 11, 352 (1999).
[CrossRef]

Davis, M. A.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Dobb, H.

Fender, A.

Friebele, E. J.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Hansen, K. S.

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

Hellmann, R.

Herholdt-Rasmussen, N.

A. Stefani, S. Andresen, W. Yuan, N. Herholdt-Rasmussen, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 763 (2012).
[CrossRef]

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

Hill, K.

K. Hill and G. Meltz, J. Lightwave Technol. 15, 1263 (1997).
[CrossRef]

Jacobsen, T.

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

Jones, J. D. C.

Kalli, K.

Kersey, A. D.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Khan, L.

Koller, G.

Koo, K. P.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Kouamo, M. T.

C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
[CrossRef]

LeBlanc, M.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Li, M.

Y. Luo, B. Yan, M. Li, X. Zhang, Q. Zhang, and G. D. Peng, in PIERS 2010 (The Electromagnetic Academy, 2010), pp. 696–699.

Liu, H.

H. Y. Liu, H. Liu, and G. D. Peng, Proc. SPIE 5855, 663 (2005).
[CrossRef]

Liu, H. B.

H. B. Liu, H. Y. Liu, G. D. Peng, and P. L. Chu, Opt. Commun. 219, 139 (2003).
[CrossRef]

Liu, H. Y.

H. Y. Liu, H. Liu, and G. D. Peng, Proc. SPIE 5855, 663 (2005).
[CrossRef]

H. B. Liu, H. Y. Liu, G. D. Peng, and P. L. Chu, Opt. Commun. 219, 139 (2003).
[CrossRef]

Luo, Y.

Y. Luo, B. Yan, M. Li, X. Zhang, Q. Zhang, and G. D. Peng, in PIERS 2010 (The Electromagnetic Academy, 2010), pp. 696–699.

MacPherson, W. N.

Markos, C.

A. Stefani, W. Yuan, C. Markos, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 23, 660 (2011).
[CrossRef]

Meltz, G.

K. Hill and G. Meltz, J. Lightwave Technol. 15, 1263 (1997).
[CrossRef]

Metev, S.

C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
[CrossRef]

Meteva, K.

C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
[CrossRef]

Nielsen, F. K.

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

Othonos, A.

A. Othonos, Rev. Sci. Instrum. 68, 4309 (1997).
[CrossRef]

A. Othonos and K. Kalli, Fiber Bragg Gratings (Artech House, 1999).

Patrick, H. J.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Peng, G. D.

Z. F. Zhang, C. Zhang, X. M. Tao, G. F. Wang, and G. D. Peng, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1562 (2010).
[CrossRef]

H. Y. Liu, H. Liu, and G. D. Peng, Proc. SPIE 5855, 663 (2005).
[CrossRef]

H. B. Liu, H. Y. Liu, G. D. Peng, and P. L. Chu, Opt. Commun. 219, 139 (2003).
[CrossRef]

Z. Xiong, G. D. Peng, B. Wu, and P. L. Chu, IEEE Photon. Technol. Lett. 11, 352 (1999).
[CrossRef]

Y. Luo, B. Yan, M. Li, X. Zhang, Q. Zhang, and G. D. Peng, in PIERS 2010 (The Electromagnetic Academy, 2010), pp. 696–699.

Pieper, W.

C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
[CrossRef]

Putnam, M. A.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Rasmussen, H. K.

Rose, B.

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

Rosenberger, M.

Schmauss, B.

Silva-López, M.

Sorensen, O. B.

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

Stefani, A.

A. Stefani, W. Yuan, S. Andresen, and O. Bang, IEEE Sens. J. 12, 3047 (2012).
[CrossRef]

A. Stefani, S. Andresen, W. Yuan, N. Herholdt-Rasmussen, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 763 (2012).
[CrossRef]

A. Stefani, W. Yuan, C. Markos, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 23, 660 (2011).
[CrossRef]

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

W. Yuan, L. Khan, D. J. Webb, K. Kalli, H. K. Rasmussen, A. Stefani, and O. Bang, Opt. Express 19, 19731 (2011).
[CrossRef]

Tao, X. M.

Z. F. Zhang, C. Zhang, X. M. Tao, G. F. Wang, and G. D. Peng, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1562 (2010).
[CrossRef]

Vollertsen, F.

C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
[CrossRef]

Wang, G. F.

Z. F. Zhang, C. Zhang, X. M. Tao, G. F. Wang, and G. D. Peng, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1562 (2010).
[CrossRef]

Webb, D. J.

Wenke, G.

C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
[CrossRef]

Wochnowski, C.

C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
[CrossRef]

Wu, B.

Z. Xiong, G. D. Peng, B. Wu, and P. L. Chu, IEEE Photon. Technol. Lett. 11, 352 (1999).
[CrossRef]

Xiong, Z.

Z. Xiong, G. D. Peng, B. Wu, and P. L. Chu, IEEE Photon. Technol. Lett. 11, 352 (1999).
[CrossRef]

Yan, B.

Y. Luo, B. Yan, M. Li, X. Zhang, Q. Zhang, and G. D. Peng, in PIERS 2010 (The Electromagnetic Academy, 2010), pp. 696–699.

Yuan, W.

A. Stefani, S. Andresen, W. Yuan, N. Herholdt-Rasmussen, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 763 (2012).
[CrossRef]

A. Stefani, W. Yuan, S. Andresen, and O. Bang, IEEE Sens. J. 12, 3047 (2012).
[CrossRef]

A. Stefani, W. Yuan, C. Markos, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 23, 660 (2011).
[CrossRef]

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

W. Yuan, L. Khan, D. J. Webb, K. Kalli, H. K. Rasmussen, A. Stefani, and O. Bang, Opt. Express 19, 19731 (2011).
[CrossRef]

Zhang, C.

Z. F. Zhang, C. Zhang, X. M. Tao, G. F. Wang, and G. D. Peng, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1562 (2010).
[CrossRef]

Zhang, L.

Zhang, Q.

Y. Luo, B. Yan, M. Li, X. Zhang, Q. Zhang, and G. D. Peng, in PIERS 2010 (The Electromagnetic Academy, 2010), pp. 696–699.

Zhang, X.

Y. Luo, B. Yan, M. Li, X. Zhang, Q. Zhang, and G. D. Peng, in PIERS 2010 (The Electromagnetic Academy, 2010), pp. 696–699.

Zhang, Z. F.

Z. F. Zhang, C. Zhang, X. M. Tao, G. F. Wang, and G. D. Peng, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1562 (2010).
[CrossRef]

Zhao, D.

IEEE Photon. Technol. Lett.

A. Stefani, S. Andresen, W. Yuan, N. Herholdt-Rasmussen, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 763 (2012).
[CrossRef]

Z. Xiong, G. D. Peng, B. Wu, and P. L. Chu, IEEE Photon. Technol. Lett. 11, 352 (1999).
[CrossRef]

Z. F. Zhang, C. Zhang, X. M. Tao, G. F. Wang, and G. D. Peng, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1562 (2010).
[CrossRef]

A. Stefani, W. Yuan, C. Markos, and O. Bang, IEEE Photon. Technol. Lett. 23, 660 (2011).
[CrossRef]

IEEE Sens. J.

A. Stefani, W. Yuan, S. Andresen, and O. Bang, IEEE Sens. J. 12, 3047 (2012).
[CrossRef]

C. Wochnowski, M. T. Kouamo, W. Pieper, K. Meteva, S. Metev, G. Wenke, and F. Vollertsen, IEEE Sens. J. 6, 331 (2006).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol.

K. Hill and G. Meltz, J. Lightwave Technol. 15, 1263 (1997).
[CrossRef]

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Opt. Commun.

H. B. Liu, H. Y. Liu, G. D. Peng, and P. L. Chu, Opt. Commun. 219, 139 (2003).
[CrossRef]

W. Yuan, A. Stefani, M. Bache, T. Jacobsen, B. Rose, N. Herholdt-Rasmussen, F. K. Nielsen, O. B. Sorensen, K. S. Hansen, and O. Bang, Opt. Commun. 284, 176 (2011).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Proc. SPIE

H. Y. Liu, H. Liu, and G. D. Peng, Proc. SPIE 5855, 663 (2005).
[CrossRef]

Rev. Sci. Instrum.

A. Othonos, Rev. Sci. Instrum. 68, 4309 (1997).
[CrossRef]

Other

Y. Luo, B. Yan, M. Li, X. Zhang, Q. Zhang, and G. D. Peng, in PIERS 2010 (The Electromagnetic Academy, 2010), pp. 696–699.

www.goodfellow.com .

A. Othonos and K. Kalli, Fiber Bragg Gratings (Artech House, 1999).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic representation of the PPBG and the applied load.

Fig. 2.
Fig. 2.

Reflection spectra of the PPBG at different force.

Fig. 3.
Fig. 3.

Linear shift of the Bragg wavelength at different force.

Fig. 4.
Fig. 4.

Temporal response of the Bragg wavelength due to 0.1 to 10 N.

Equations (4)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

σ=FA,
ε=σE.
ε=Δll,
m·ΔλB=2·(Λneffl+neffΛl)·Δl,

Metrics