【摘要】：線性啁啾光纖光柵受到橫向應(yīng)力作用而作用線度即光纖光柵受力區(qū)域長度與光纖直徑處于同一數(shù)量級時(shí),不能忽略該區(qū)域的軸向展寬。本文在啁啾光纖光柵受到小線度的橫向應(yīng)力的條件下,基于空間彈性力學(xué)受力分析,根據(jù)軸向展寬導(dǎo)致的相移,結(jié)合相移線性啁啾光纖光柵相移點(diǎn)位置與光譜透射峰位置對應(yīng)特性,及橫向應(yīng)力導(dǎo)致的雙折射現(xiàn)象,建立了利用偏振相關(guān)損耗和斯托克斯參量實(shí)現(xiàn)小線度橫向應(yīng)變傳感的兩種理論模型。計(jì)算分析結(jié)果表明:線性啁啾光纖光柵在小線度橫向應(yīng)力條件下,受力大小與光纖透射系數(shù)呈指數(shù)相關(guān),而與偏振相關(guān)損耗譜峰值大小呈線性變化關(guān)系。而偏振相關(guān)損耗譜峰波長與橫向應(yīng)力作用位置相對應(yīng),且與應(yīng)力大小有關(guān)。同樣在小線度橫向應(yīng)力條件下,應(yīng)力大小在彈性限度范圍內(nèi)與Stokes-s1參量峰值呈線性變化關(guān)系。而Stokes-s1參量譜峰波長與與應(yīng)力大小有關(guān),同樣與橫向應(yīng)力作用位置相對應(yīng)。通過分析透射譜的Stokes-s1參量或者PDL,可實(shí)現(xiàn)對橫向應(yīng)力大小和位置傳感。結(jié)合現(xiàn)有條件,對斯托克斯參量與橫向應(yīng)力變化的理論模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量和驗(yàn)證。由于受力線度相比傳統(tǒng)封裝的橫向應(yīng)力傳感器,受力區(qū)域從整個柵區(qū)縮小到很小的線度內(nèi),有效地增加了單位柵區(qū)長度上的壓強(qiáng),提高了應(yīng)力變化作用于光纖光柵的應(yīng)力大小變化程度,從而增加了光纖光柵傳感的靈敏度。并且由于小線度橫向應(yīng)力作用下的光柵特性相比于全柵區(qū)作用時(shí)具有相移光柵特性,相應(yīng)可以反映例如受力位置與偏振特性峰值的對應(yīng)關(guān)系等,因此具有更好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。實(shí)際應(yīng)用中通過固定封裝點(diǎn)式受力區(qū)的線度大小,可以有效增敏橫向應(yīng)力的測量;如果使用一組點(diǎn)式受力區(qū)位置不同的封裝傳感器,可以串接組成橫向應(yīng)力傳感網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確定位傳感位置。
【圖文】：

南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論啾光纖光柵可以產(chǎn)生穩(wěn)定的而且大的色散，所以在光纖通信中常用作色散補(bǔ)償器[35][36]并且還能用作脈沖壓縮整形，作為脈沖產(chǎn)生器使用[37]。啁啾光纖光柵最大的特點(diǎn)在于其周期分布或折射率分布是非均勻的，周期調(diào)制的線性啁啾光纖光柵的周期分布與坐標(biāo) z 的關(guān)系為線性遞增，折射率調(diào)制的線性啁啾光纖光柵折射率分布于坐標(biāo) z 的關(guān)系為余弦函數(shù)。所以啁啾光纖光柵的制備方法根據(jù)折射率調(diào)制和周期調(diào)制來分為兩種，并由此產(chǎn)生了多種不同的制備方法。其中折射率調(diào)制的代表性方法有腐蝕法制作 CFBG[38]。在均勻布拉格光纖光柵 FBG 柵區(qū)進(jìn)行梯度腐蝕，沿著一個方向使得光柵有效折射率面積遞減，則光纖光柵有效折射率隨著光柵橫截面面積減小而減小。形成一種折射率調(diào)制，形成周期均勻但折射率單調(diào)變化的啁啾光纖光柵。如圖 1.1 所示，，這種方法的缺點(diǎn)在于需要通過腐蝕光纖的包層，得到一個錐形的光纖，腐蝕的程度難以控制，同時(shí)會損害到光纖光柵自身的機(jī)械性能，局限了其應(yīng)用范圍。

全息干涉條紋照射等制備方法，利用照射在光敏光纖上的條紋間距單調(diào)變化的特性來進(jìn)行周期調(diào)制，如圖1.2 與 1.3。還有一種方法是先將光敏光纖腐蝕并使用壓力模具定型，再使用普通布拉格光纖光柵制備方法制備光纖光柵，最后釋放壓力的時(shí)候，光纖由于彈性形變恢復(fù)展寬，即形成了啁啾[39]。其也屬于一種周期調(diào)制的制備方法。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN253;TP212

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本文編號：2638376