【摘要】：光纖器件具有比普通的電學(xué)器件更多的性能優(yōu)勢,使得光纖器件愈來愈受到廣泛的重視。在環(huán)境健康的參數(shù)檢測中,光纖傳感器可以有效的探測到環(huán)境中的參數(shù)變化。光纖Fabry-Perot腔傳感器是通過雙光束干涉實(shí)現(xiàn)傳感應(yīng)用的,當(dāng)環(huán)境中的待測量發(fā)生變化時,傳感器的腔長或折射率會發(fā)生變化,這種變化會使得干涉光譜發(fā)生移動,通過解調(diào)這種變化就可以監(jiān)測環(huán)境參數(shù)。光纖Fabry-Perot腔傳感器不僅結(jié)構(gòu)簡單、易于封裝及價格低廉,而且其具有較高的靈敏度以及靈活的制備方式,使得其受到廣泛的關(guān)注。本文就光纖傳感器的靈敏度放大提出兩種新穎的基于Vernier效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)傳感器靈敏度放大的方案。針對級聯(lián)腔Vernier傳感器制備復(fù)雜性以及放大倍率固定不變的問題,本文提出了一種雙光路分立式的Vernier效應(yīng)傳感器系統(tǒng)。這種方案主要通過耦合器的兩個光路分別輸入光纖傳感器的光譜和匹配腔的光譜,使得光纖傳感器與匹配腔的制備分隔開來。這種方案的Vernier效應(yīng)使得傳感器的制備成功率大幅提高,而且其放大倍率可以更換。光纖Vernier效應(yīng)傳感器的關(guān)鍵就在于放大倍率的提高,這對于傳感器的制備提出了很高的要求。本文提出了一種單腔實(shí)現(xiàn)的Vernier效應(yīng)傳感器,這種傳感器只需要一種輔助的匹配裝置以及光譜儀中的計(jì)算模塊就可以簡單的實(shí)現(xiàn)。通過記錄光纖傳感器的光譜,并通過輔助匹配裝置進(jìn)行匹配,當(dāng)調(diào)整至合適的放大光譜,此時就可以記錄下匹配腔的干涉光譜,從而通過光譜儀的減法功能實(shí)現(xiàn)相減型的Vernier放大效應(yīng)的光譜。光纖激光超聲換能器作為有源主動超聲監(jiān)測中的激發(fā)源,在建筑橋梁的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中具有重要的地位。目前,對于光纖激光超聲換能器的研究都是針對單點(diǎn)超聲換能器結(jié)構(gòu)以及所使用的光聲材料,而對于多點(diǎn)均衡的超聲換能器的研究卻嚴(yán)重不足。多點(diǎn)均衡的超聲換能器的研究在于合理的光纖耦合機(jī)制將光纖纖芯中的光能量耦合出來,這樣多點(diǎn)的超聲換能器系統(tǒng)更具有工程應(yīng)用價值。本文通過使用光束傳輸法對光纖腰椎結(jié)構(gòu)、花生錐結(jié)構(gòu)以及單模-無芯-單模結(jié)構(gòu)的光場傳輸進(jìn)行了分析。通過軟件仿真,這三種光纖微加工結(jié)構(gòu)均能有效的將光能量耦合到光纖包層之中,并且這些微結(jié)構(gòu)的耦合比與光纖微加工結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)制備相應(yīng)的光纖超聲換能器,并分別對這些超聲換能器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)激發(fā)研究,結(jié)果表明,這些超聲換能器均能實(shí)現(xiàn)較為均衡的多點(diǎn)超聲激發(fā)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB552;TP212
【圖文】：

壓電陶瓷很難小型化以產(chǎn)生超聲信號。此外，是通過導(dǎo)線連接到電源，這可能會受到電磁干擾的影全光纖激光超聲換能器可以克服這些問題，因此由于不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)而易于應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康測試和生沖激光激發(fā)的超聲信號具有較高的中心頻率。換能器國內(nèi)外發(fā)展情況聲轉(zhuǎn)換材料的光纖激光超聲換能器已經(jīng)被提出和研究環(huán)氧樹脂的混合物[58,59]、碳納米管和聚二甲基硅氧烷（聚硅氧烷酰亞胺[62]。然而，大多數(shù)已開發(fā)的光聲換能激勵[63,64]，典型的單點(diǎn)式的超聲換能器如圖 1-3 所示。結(jié)構(gòu)健康方面的應(yīng)用，這需要多點(diǎn)或分布式超聲激勵聲激勵的研究很少，并且在這方面的研究有限。目前主可控的方法，將光纖芯中的光能耦合到光纖側(cè)壁外的

2 4 2''(1 ' ' ...)1 'i it i iittA Att r e r e Arr e = + + + = 想的 Fabry-Perot 腔，其透射函數(shù)就可以表示為：* 2* 222( ')1 ( ') ' '( ')1 ( ') 2 ' 2 '(1 cos( ))t t tFPi ii i iI A A ttTI A A rr rr e rr ettrr rr rr = = =+ =+ + 反射面，則 r = r'，又由于損耗界面2 2r + t= 1，因此透射函數(shù)2 22 2 2 2 2(1 ) 1=(1 ) 4 sin ( / 2) 1 sin ( / 2)FPrTr r F = + +的條紋精細(xì)度2 2F = 4 R / (1 R ), ( R = r)。因此，F(xiàn)abry-Perot 腔為[28]：22sin ( / 2)1 sin ( / 2)FPFRF =+

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本文編號：2714993