【摘要】：本文首先研究了長周期光纖光柵(long period fiber grating,LPG)及其耦合原理,介紹了寫入LPG的方法并著重討論了高頻CO_2激光器逐點寫入法的優(yōu)勢、具體的操作步驟以及注意事項等。此外本文在一種新型特種光纖——懸掛芯光纖(embedded-core optical fiber,ECOF)上寫入LPG并基于這種懸掛芯長周期光纖光柵(long period fiber grating in embedded-core fiber,ECOF-LPG)設(shè)計制備懸掛芯光纖馬赫澤德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer in embedded-core fiber,ECOF-MZI)以及抗彎型ECOF-LPG等器件,測量并分析了這些器件的傳感特性。首先,搭建光柵寫入系統(tǒng),成功搭建系統(tǒng)后利用高頻CO_2激光器在ECOF上寫入LPG,對ECOF-LPG樣品的溫度、應(yīng)力以及彎曲特性進(jìn)行了測量,對比分析其與傳統(tǒng)單模LPG的優(yōu)缺點;詳細(xì)介紹了LPG的成柵原理,采用有限元分析與數(shù)值計算相結(jié)合的方法對ECOF-LPG進(jìn)行理論分析,確定了這種特種LPG的諧振峰是由纖芯模LP_(01)與包層模LP_(91)之間的耦合所決定的;然后,根據(jù)LPG成柵原理設(shè)計并制備ECOF-MZI,研究了兩個LPG之間的距離對樣品透射譜的影響,同時對三峰樣品的溫度、應(yīng)力以及折射率特性進(jìn)行了測量和分析,實驗結(jié)果表明,這種新型的光纖器件在溫度和應(yīng)力兩方面的表現(xiàn)與傳統(tǒng)單模LPG類似,折射率測量分為外部和內(nèi)部兩部分進(jìn)行,該樣品對外部折射率并不敏感,但是其內(nèi)部折射率的表現(xiàn)具有非常大的潛在應(yīng)用價值;最后,利用ECOF-LPG的彎曲特性與彎曲方向有關(guān)的特點,設(shè)計制備一種抗彎型ECOF-LPG,將兩段ECOF錯位對芯焊接起來,再在其上寫入LPG并進(jìn)行彎曲特性的測量,測量結(jié)果表明,這種抗彎型ECOF-LPG能夠較好的免疫彎曲對透射光譜造成的影響,推進(jìn)了新型光纖器件的進(jìn)一步發(fā)展。
【圖文】：

于光信號的傳輸具有非常優(yōu)異的性能，，每千米的損耗可低至小于 1dB，所以被廣用在遠(yuǎn)距離光通信領(lǐng)域。近些年， 4G 網(wǎng)絡(luò)的普及、5G 網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)、光纖到戶纖傳感器件的發(fā)展和普及，傳統(tǒng)意義的單模光纖已經(jīng)不能滿足當(dāng)前各個領(lǐng)域的需此研究人員把方向轉(zhuǎn)向了對于光纖及光纖器件的研究當(dāng)中。特種光纖與傳統(tǒng)光纖之間的區(qū)別主要表現(xiàn)在：材料摻雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計，形成工藝波段，光學(xué)性能，機械和環(huán)境性能，服務(wù)的行業(yè)領(lǐng)域等等。特種光纖和特種光纜特種光纖(產(chǎn)品)的范疇，這些產(chǎn)品在通信、傳感、電力、石油石化、工業(yè)以及軍個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。目前的特種光纖主要有：（1）用于傳輸特殊波長的光纖，包括有紫（紅）外光光用光纖等；（2）使用非石英材料制作的在某些方面有著特殊應(yīng)用的光纖，包括性能、耐高溫性能特殊性能的光纖，熒光光纖、摻餌光纖，以及聚合物光纖、空、增敏和去敏光纖、鍍金屬光纖等；（3）結(jié)構(gòu)相對新穎且具有獨特用途的光纖，多芯光纖、傳輸機理不同的光子晶體光纖（PCFs）等；（4）具有單光纖成像功能射率光纖。如圖 1.6 所示，為幾種常見的特種光纖的截面圖。

圖 2.2 表面波紋型 LPG 結(jié)構(gòu)示意圖節(jié)的介紹，耦合方程與耦合系數(shù)可表示為：dAzdzCzAz[i z]lljljjl( )/= ()()×exp(β β) ×= ∧∧ ∧dAβikΔεjr20jzljlehaCz40( )jβ代表漸變振幅與傳播常數(shù)，j 為模式的階數(shù)，k0為波矢量，∧e 、∧h 為歸一化模場的電場與磁場矢量，∧za 為沿光纖軸置包括：錐腰直徑 15μm，LPG 周期 200μm，LPG 長度 11 2.3（a）中的灰線為計算求解的 LPG 透射譜，當(dāng)光纖進(jìn)行將會發(fā)生在 HE11、EH11以及 HE12等低階模式，圖 2.3（合在波長為 1.36μm 的位置形成損耗峰，而 1.6μm 處的損合形成的，1.36μm 處的諧振峰：423910 = .×31Cμm-1； 4210 ×-1
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN253

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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2 馮素春;多波長、單縱模光纖激光器的研究[D];北京交通大學(xué);2010年

本文編號：2641088