【摘要】：現(xiàn)代社會(huì),光纖傳感技術(shù)在環(huán)境檢測、精細(xì)控制、生物傳感和軍事安防等方面都發(fā)揮著重要作用,光纖傳感器作為光纖網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的組成部分,逐漸受到了更廣泛的關(guān)注和更多的研究。光纖傳感器本身具有靈敏度高、抗電磁干擾、可在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行測量等優(yōu)點(diǎn),而基于模式干涉的光纖傳感器其結(jié)構(gòu)緊湊、可進(jìn)行多參量同時(shí)測量,成為現(xiàn)代傳感技術(shù)的一個(gè)重要方向。本文主要對(duì)新型的模式干涉型光纖傳感器進(jìn)行了研究,通過對(duì)包括無芯光纖、多模光纖、保偏光纖等特種光纖的使用,制作并研究了多種基于模式干涉的光纖傳感器件,詳細(xì)分析了其光譜特性,并且實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其對(duì)不同物理參量變化的響應(yīng)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,通過對(duì)保偏光纖的研究,提出了新型的偏振保持少模光纖模型,仿真分析了其模式特性。本文主要研究內(nèi)容如下:1..提出了一種基于無芯光纖的模式干涉型光纖傳感器。在基本的單模光纖-無芯光纖-單模光纖的基礎(chǔ)上,加入光纖光柵和熔融拉錐技術(shù),得到了基于無芯光纖的復(fù)合型光纖傳感器,通過實(shí)驗(yàn),獲得了上述傳感器對(duì)于軸向應(yīng)力、溫度雙參量同時(shí)測量的數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在給定范圍內(nèi),所選取的干涉峰和光纖光柵反射峰對(duì)于軸向應(yīng)力的靈敏度為-2.93pm/με、0.823pm/με,對(duì)于溫度的靈敏度為115.48pm/℃和8.24pm/℃,在以上數(shù)據(jù)的支持下,獲得了雙參量同時(shí)測量的矩陣表達(dá)式。2..提出了一種基于熊貓型保偏光纖的多模光纖-保偏光纖-多模光纖的復(fù)合型傳感器,對(duì)保偏光纖雙折射特性進(jìn)行了分析和說明,同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)測量了該光纖傳感器對(duì)應(yīng)力和溫度的傳感特性,得到了良好的線性擬合結(jié)果,獲得了雙參量同時(shí)測量的矩陣表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,使用保偏光纖制作了保偏光纖-多模光纖-保偏光纖傳感器,在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,完成了關(guān)于保偏光纖不同結(jié)構(gòu)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。3.提出了一種基于熊貓型保偏光纖和光纖腐蝕加工的復(fù)合型光纖傳感器。通過對(duì)光纖進(jìn)行腐蝕處理,使其對(duì)外界環(huán)境參量的變化更加敏感,獲得了腐蝕后光纖傳感器對(duì)于折射率和溫度同時(shí)測量的結(jié)果,所選取的兩個(gè)干涉峰對(duì)于折射率的靈敏度為 237.837nm/RIU、318.279nm/RIU,溫度靈敏度為 0.188nm/℃ 和0.160nm/℃,其折射率敏感度具有較好的競爭力。4.提出了一種基于保偏光纖和多層芯光纖的少模光纖模型,通過仿真得到其模場圖和傳輸性能,該光纖可以容納12個(gè)特征模式的同時(shí)傳輸,同時(shí),通過對(duì)纖芯進(jìn)行橢圓化處理,分別獲得了可以同時(shí)傳輸16個(gè)和22個(gè)特征模式的纖芯結(jié)構(gòu),為之后新型少模光纖的制作提供了新思路。
【圖文】：

（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１－１．光波所（ａ）第一代全光交換網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)演示系統(tǒng)；（ｂ）第二代全光交換網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)演示系統(tǒng)。逡逑Ｆｉｇ．邋１－１．邋Ｔｈｅ邋Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ邋ｏｆ邋Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋（ａ）邋Ｆｉｒｓｔ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｏｆ逡逑ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ邋ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ邋ｎｅｔｗｏｒｋ邋ｐｌａｔｆｏｒｍ，邋（ｂ）邋Ｓｅｃｏｎｄ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｏｆ邋ａｌｌ－ｏｐｔｉｃａｌ逡逑ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ邋ｎｅｔｗｏｒｋ邋ｐｌａｔｆｏｒｍ．逡逑在本文中，基于對(duì)光纖通信、光纖傳感基本需求的分析，在前人工作的基礎(chǔ)逡逑上，借助實(shí)驗(yàn)室的光纖制作、傳輸檢測、大數(shù)據(jù)計(jì)算等各種平臺(tái)，對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)中逡逑的干涉型光纖傳感器和保偏光纖進(jìn)行了研宄。利用實(shí)驗(yàn)室自制的無芯光纖（Ｎｏ－ｃｏｒｅ逡逑ｆｉｂｅｒ，邋ＮＣＦ）、多模光纖（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ邋ｆｉｂｅｒ，邋ＭＭＦ）和商用保偏光纖等特種光纖，制逡逑作了多種基于馬赫－曾德爾干涉儀（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ邋ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，邋ＭＺＩ）的多模干涉逡逑（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ邋ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，邋ＭＭＩ）傳感器，并通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獲得了上述傳逡逑感器對(duì)于軸向應(yīng)力、溫度、折射率等多參量的復(fù)合傳感結(jié)果，取得了很好的實(shí)驗(yàn)逡逑效果。同時(shí)，在熊貓型保偏光纖的基礎(chǔ)上，提出了新型的保偏多層芯少模光纖結(jié)逡逑構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能容納多個(gè)特征模式同時(shí)傳輸，并通過實(shí)驗(yàn)仿真，獲得了保偏多層芯逡逑少模光纖各個(gè)特征模式的傳輸特性。逡逑

并且已經(jīng)有了正式的標(biāo)準(zhǔn)，但在傳感領(lǐng)域，普通的單模光纖只用做信逡逑號(hào)傳輸?shù)妮d體，具體的傳感一般由其他特種光纖來實(shí)現(xiàn)。隨著現(xiàn)代光纖制作工藝逡逑的逐步提高，已經(jīng)出現(xiàn)了各式各樣的特種光纖，如圖１－２所示，在圖中給出了一些逡逑較為常用的特種光纖橫截面圖，包括多模光纖［２７＿３１］、多芯光纖［３２－３４］、無芯光纖［３５－３８］、逡逑空芯光纖（Ｈｏｌｌｏｗ－ｃｏｒｅ邋ｆｉｂｅｒ）［３９－４２］、保偏光纖［４３－４６］、光子晶體光纖（ｐｈｏｔｏｎｉｃ邋ｃｒｙｓｔａｌ逡逑ｆｉｂｅｒＳ）［４７－５１］，，這些特種光纖都己經(jīng)在傳感領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，成為了現(xiàn)代光纖逡逑傳感器的重要組成部分。逡逑Ｏ，逡逑◎邋＿逡逑圖１－２．光纖傳感器中常見特種光纖橫截面圖。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２．邋Ｔｈｅ邋ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍｓ邋ｏｆ邋ｓｐｅｃｉａｌ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｆｉｂｅｒｓ邋ｉｎ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｆｉｂｅｒ邋ｓｅｎｓｏｒｓ．逡逑多模光纖在光纖傳輸系統(tǒng)中使用較少，主要用于低速率短距離的傳輸，但在逡逑光纖傳感系統(tǒng)中，卻是非常常用的的一種光纖，因其半徑較大，數(shù)值孔徑也比較逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN253;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2643709