【摘要】：長周期光纖光柵(LPFG)作為一種透射型的光纖無源器件,它的諧振波長和損耗峰幅值對外界環(huán)境的變化非常敏感。在光纖傳感方面,與布拉格光纖光柵(FBG)相比,對于應變、溫度及環(huán)境折射率等參量的變化有著更高的靈敏度,同時具備抗電磁干擾能力強、尺寸小、質量輕、耐高溫、耐腐蝕、高靈敏度、高分辨力、高穩(wěn)定性等優(yōu)點,這就使得它在光纖傳感及通信領域得到很好的發(fā)展與應用,如海洋船舶、大型結構體、航空航天、核工石化、電力等等。本論文主要依據(jù)耦合模理論并結合傳輸矩陣法對單個LPFG和級聯(lián)LPFG的光譜特性進行了分析,同時進行了仿真。最后,對單個和級聯(lián)LPFG的軸向應變傳感特性做了實驗研究,實驗結果表明,其透射譜的損耗峰幅值隨軸向應變的改變呈現(xiàn)良好的線性變化,并得到較高的軸向應變靈敏度,級聯(lián)LPFG內(nèi)嵌于Sagnac環(huán)時要比直接級聯(lián)LPFG靈敏度相對高一些,兩者的靈敏度為單個LPFG的7～8倍。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1、利用耦合模理論推導出LPFG的耦合模方程,對LPFG的耦合率(t=、t×)、耦合深度(|κ|L)、有效折射率(neff)、傳播常數(shù)(β)、諧振波長(λres)以及帶寬(△λ)等進行了 Matlab仿真分析。仿真結果表明:在0|κ|L≤π范圍內(nèi),隨著平均有效折射率調(diào)制(δneff)的增大,自耦合率t逐漸減小,直到δneff=3.875×10-5時達到最小值為零,緊接著又逐漸增大,直到δneff=7.75×10-5時達到最大值為1,而交叉耦合率t×的變化與t=的變化剛好相反。在欠耦合情況下,隨著光柵長度的增加,透射譜的△λ變窄,透射率變小;滿耦合情況下,隨著光柵長度的增加,透射譜的△λ變窄,透射率變小;過耦合情況下,隨著光柵長度的增加,透射譜的△λ變窄,透射率變大。隨著包層模次數(shù)的增加,一階v次的包層有效折射率neff逐漸減小;隨著波長的增大,纖芯模有效折射率neffco近似線性地減小;纖芯基模和包層模的β與波長有著良好的線性關系。隨著δneff的增加,光柵的λres近似線性地紅移,Aλ逐漸變窄,且δneff越大,△λ變窄的趨向就越快。此外,利用傳輸矩陣法對LPFG透射譜中的光柵長度(L)、周期(A)、δneff、直流自耦合系數(shù)(σ)和交流交叉耦合系數(shù)(κ)等參量對透射譜的影響進行了仿真分析。仿真結果表明:隨著L的增大,光柵透射譜的△λ逐漸減小,損耗峰逐漸加深。隨著光柵Λ的增大,諧振峰發(fā)生紅移,Aλ逐漸變寬。隨著δneff的增加,λres發(fā)生紅移,LPFG的△λ逐漸減小,損耗峰逐漸加深,邊帶變得逐漸明顯。隨著波長的增加,σ?guī)缀醪话l(fā)生變化(即為常數(shù)),隨著σ的增加,對應波長的透射率逐漸增大。隨著κ的增加,透射譜的△λ逐漸變寬。2、依據(jù)耦合模理論和M-Z干涉儀原理對級聯(lián)LPFG的耦合與干涉機理進行分析,同時分析了 D和△neff對S的影響,最后用傳輸矩陣法對透射譜進行仿真分析。仿真結果表明:級聯(lián)LPFG透射譜相鄰兩干涉峰的間距與光柵的有效折射率差△neff和中心間距D都成反比關系,最佳的級聯(lián)結構要求兩個光柵的透射率為3dB,耦合深度為|λ|L= π/4。3、對單個LPFG、級聯(lián)兩個LPFG以及將級聯(lián)LPFG內(nèi)嵌于Sagnac環(huán)的軸向應變傳感特性進行了實驗研究。實驗結果表明:隨著軸向應變的增加,單個LPFG的損耗峰幅值逐漸變大,靈敏度為-1.284×10-2dB·με-1;級聯(lián)兩個LPFG時透射譜的損耗峰幅值逐漸變大,靈敏度高達-9.174×10-2dB·με-1;級聯(lián)LPFG內(nèi)嵌于Sagnac環(huán)的損耗峰幅值逐漸增大,靈敏度高達-10.118×10-2dB-με-1。三者都有著很好的方向可重復性,且級聯(lián)LPFG的靈敏度為單個LPFG的7～8倍。
【學位授予單位】：廣西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN253
【圖文】：

圖 1-1 光纖光柵結構示意圖長周期光纖光柵的發(fā)展概況及應用1996 年 V Bhatia 等[8]采用相位掩模法首次制成了長周期光纖光柵（LPFG）；1997 年

CO2激光法制備LPFG

圖 1-3 飛秒激光法制備 LPFG制備法CY Lin 等[30, 31]率先報道了用腐蝕刻槽法在光纖上制備 LPFG。這纖包層，從而形成環(huán)槽來，經(jīng)過拉伸來制備 LPFG。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2750174