【摘要】：磁場(chǎng)傳感發(fā)展至今,傳統(tǒng)的磁場(chǎng)傳感器易受電磁干擾等影響,而基于光纖的光學(xué)磁場(chǎng)傳感器利用光信號(hào)傳輸,具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且不受電磁干擾影響的特點(diǎn),在磁場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了一定的應(yīng)用前景。隨著光纖制作技術(shù)的發(fā)展,傾斜光纖光柵以其獨(dú)特的光學(xué)傳感特性,獲得了學(xué)術(shù)人員的廣泛研究。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究了傾斜光纖光柵的結(jié)構(gòu)和纖芯模在不同傾斜角范圍內(nèi)的相位匹配條件,得出不同模式的諧振波長(zhǎng)。同時(shí)根據(jù)光纖包層與外界環(huán)境折射面的條件,計(jì)算出纖芯模在不同耦合方式下的臨界角。并且仿真了傾斜角θ,折射率調(diào)制深度?neff,光柵長(zhǎng)度L以及光柵周期P這四個(gè)參數(shù)對(duì)傾斜光纖光柵的光譜特性的影響。(2)根據(jù)傾斜光纖光柵的光譜特性選擇合適的參數(shù),通過(guò)分析傾斜光纖光柵的透射譜特性來(lái)研究?jī)A斜光纖光柵的折射率傳感特性。首先解決折射率傳感過(guò)程中應(yīng)變、溫度因素對(duì)傾斜光纖光柵透射譜的影響,在應(yīng)變測(cè)量范圍0με~2000με,溫度測(cè)量范圍-50℃~150℃的前提下,利用雙參數(shù)法同時(shí)測(cè)量應(yīng)變和溫度,確定雙參數(shù)二維方程中的4個(gè)系數(shù),解決應(yīng)變和溫度的交叉敏感。其次考慮應(yīng)變和溫度的靈敏度、纖芯模和包層模的耦合效率、帶寬檢測(cè)等因素,選擇傾斜角為4°的傾斜光纖光柵研究折射率傳感特性。分析了當(dāng)透射譜波長(zhǎng)檢測(cè)精度在0.01nm時(shí),環(huán)境折射率變化在1~1.4的范圍下,各個(gè)模式下諧振波長(zhǎng)與外界環(huán)境折射率的關(guān)系,通過(guò)檢測(cè)諧振波長(zhǎng)來(lái)確定外界環(huán)境折射率。最后考慮到傾斜光纖光柵的傾斜角在實(shí)際制造過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生微小偏移,因此研究了微小角度(0.1°)變化對(duì)傾斜光纖光柵傳感特性的影響。(3)根據(jù)磁流體的折射率可調(diào)諧特性,利用郎之萬(wàn)函數(shù)方程,仿真外界磁場(chǎng)與磁流體折射率的關(guān)系。在以上的基礎(chǔ)上,將小角度傾斜光纖光柵對(duì)外界環(huán)境折射率的敏感特性與磁流體的折射率可調(diào)諧特性結(jié)合,設(shè)計(jì)了一種基于小角度傾斜光纖光柵和磁流體的光學(xué)磁場(chǎng)傳感器,將磁流體作為小角度傾斜光纖光柵的外界環(huán)境介質(zhì),通過(guò)檢測(cè)傾斜光纖光柵的包層模的諧振波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)的檢測(cè)。
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN253;TP212
【圖文】：

上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2 章 傾斜光纖光柵的理論基礎(chǔ)第 2 章 傾斜光纖光柵的理論基礎(chǔ)2.1 傾斜光纖光柵的結(jié)構(gòu)傾斜光纖光柵和布拉格光纖光柵本質(zhì)上是相同類(lèi)型的光纖光柵，普通布拉格光纖光柵和傾斜光纖光柵的差別就在于光纖軸向和光柵垂直面間的夾角θ是否為0°，如果θ=0°，這就是布拉格光纖光柵，不然則是傾斜光纖光柵[59]。圖 2-1 是傾斜光纖光柵的結(jié)構(gòu)圖，其中沿光纖的方向被設(shè)定為 x 軸，垂直于光柵的方向被設(shè)定為 x'軸，θ是 x 軸和 x'軸之間的夾角，Λg是光柵沿著 x'軸方向的周期，Λ是光柵沿著 x 軸方向的周期，即有效周期，它們的關(guān)系如公式(2-1)所示[59]：cos g (2-1)

其中沿光纖的方向被設(shè)定為 x 軸，垂直于光柵的，θ是 x 軸和 x'軸之間的夾角，Λg是光柵沿著 x'軸方向的周期方向的周期，即有效周期，它們的關(guān)系如公式(2-1)所示[59]：cos g 圖 2-1 傾斜光纖光柵的結(jié)構(gòu)圖光在傾斜光纖光柵里的傳輸方式[60]如圖 2-2 所示。因?yàn)楣饫w軸存在傾斜角，前向傳輸?shù)睦w芯模會(huì)耦合成后向傳輸?shù)睦w芯模、定的角度范圍內(nèi)會(huì)耦合成輻射模。

傳感特性等[69-71]，45°傾斜光纖光柵經(jīng)常被應(yīng)用為激光器傾斜光纖光柵對(duì)溫度敏感性低，常被用來(lái)與有機(jī)物結(jié)合研究?jī)A斜光纖光柵的耦合模式和透射譜性質(zhì)。光纖光柵傾斜角θ在不同臨界角θa、θb范圍時(shí)有著不同的前向傳輸?shù)睦w芯模耦合成后向傳輸?shù)睦w芯模和包層模，θb時(shí)，光纖中的雙折射效應(yīng)較強(qiáng)，對(duì)光譜影響較大，所θa時(shí)的小角度傾斜光纖光柵的透射光譜特性進(jìn)行模擬仿角θ、折射率調(diào)制深度 neff、光柵長(zhǎng)度 L 以及光柵周期 譜變化的影響。度傾斜光纖光柵的模式耦合斜光纖光柵來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠涔饫w軸向與光柵垂直方向有夾入射光進(jìn)入傾斜光纖光柵之后，會(huì)具有不同的耦合方斜光纖光柵的透射譜圖都不同，并且比較復(fù)雜，不同的耦合方式。

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