光纖磁光器件憑借其體積小、結構簡單和抗電磁干擾等優(yōu)點,已經成為廣大專家學者的研究熱點,光纖磁場傳感器與磁控可調光衰減器更是其中的重點研究對象,在軍事、醫(yī)學及生物等領域有著舉足輕重的作用。本文主要以光纖磁場傳感器的高靈敏度和高分辨率為研究目標,結合新型納米材料和光纖激光技術分別設計并研制了基于磁流體和非對稱光纖錐的光纖磁場傳感器和基于激光偏振模拍頻解調的光纖激光磁場傳感器。另外本文還提出了一種飛秒激光加工的微結構光纖與磁流體結合的磁控全光纖可調衰減器。本文內容主要包括:(1)利用已選擇最優(yōu)放電參數(shù)的商用化熔接機在單模光纖上放電制作出非對稱光纖錐結構,然后與磁流體相結合構成在纖Mach-Zehnder干涉式磁場傳感器。理論分析了該傳感器的傳感原理,并實驗研究了其干涉譜對外磁場的響應。實驗結果表明該磁場傳感器的傳感性能可以通過設計非對稱光纖錐的結構參數(shù)進行調控,本實驗中軸向偏離量和錐腰直徑分別為168μm和45μm的光纖磁場傳感器具有最優(yōu)光學性能,并在0-21.4mT磁場范圍內具有最高的磁場傳感靈敏度162.06pm/mT,這為弱磁場傳感領域提供一種可供選擇的光纖磁場器件。該光纖磁場傳感器擁有很大的潛力。(2)提出并實驗研究了一種基于光纖激光器的高靈敏度磁場傳感器。利用一個受外磁場調控的轉動裝置作用在光纖激光線性腔內的一段摻鉺光纖上來實現(xiàn)光纖的扭轉,由此產生的光纖雙折射變化被引入到激光腔中,于是激光器的兩個偏振模式之間形成的拍頻對外磁場強度的變化是敏感的。實驗結果表明磁場從0Oe增大到270Oe時,偏振模拍頻隨之發(fā)生線性變化,靈敏度可達10.4KHz/Oe。為了增大磁場的可探測范圍并進一步提高磁場測量精度,采用縮短激光腔長的設計,并利用相移光柵PS-FBG進行濾波,同時將線性腔結構變更為環(huán)形腔結構。對改進后的系統(tǒng)進行磁場測量實驗,結果顯示磁場測量范圍增大至0-437Oe,磁場測量靈敏度為7.09KHz/Oe,而拍頻線寬的壓窄也提高了磁場測量精度。(3)利用飛秒激光加工系統(tǒng)在單模光纖上加工制作微結構光纖,然后與磁流體結合并對不同磁場方向下的光衰減進行了測量。分別對平行和垂直方向的磁場進行了實驗研究及理論分析。實驗結果表明,輸入光強度不變時,輸出光強度隨平行磁場強度的增大而增大,隨垂直磁場強度的增大而減小。將平行磁場和垂直磁場兩種情況結合搭建全光纖衰減系統(tǒng),可以實現(xiàn)可調諧范圍為-15dB-15dB的磁控全光纖可調衰減器。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TP212;TN715
【部分圖文】：

圖 1.1 磁場測量技術的應用Fig.1.1 The application of magnetic field measurement technology場測量方法測量技術是研究與磁有關的物理現(xiàn)象的重要手段之一，已逐科學。磁場測量包括磁參數(shù)和磁性材料特性的測量，其中磁強度和磁通的測量，而磁性測量指的是材料試樣的測試，用性參數(shù)。場測量的方法一般可分為磁-力法、電磁感應法、磁通門法、電法、磁共振法、超導效應法和磁光效應法等。弱磁場測量技相互依賴又相互促進，不同場合所具有的特點使其對磁場探相同。在多種磁場測量方法中，磁-力法主要作用于地震預報磁暴觀測以及檢測巖石樣品的磁性等方面；電磁感應法主要場，其分辨率可達 10-9T；磁通門法的應用領域可涉及到磁場、工程檢測、載體方位姿態(tài)測量與控制等許多方面，并在大

隨著微加工等技術的日益發(fā)展，這種干涉儀式傳感器系統(tǒng)具有很強的通用性，因此具有廣闊的應用前景。圖2.1 光纖Mach-Zehnder干涉儀結構示意圖Fig.2.1 The schematic diagram of optical fiber Mach-Zehnder interferometer structureMach-Zehnder干涉結構是1892年馬赫（L. Mach）和曾德爾（Zehnder）提出的通過半透半反鏡對光源分光進入不同的光路后再匯合干涉的干涉結構，而傳統(tǒng)光纖Mach-Zehnder干涉儀是將這種干涉結構光纖化后所得，如圖2.1所示。光源發(fā)出的光經耦合器C1分為兩束光分別進入信號臂光纖L1和參考臂光纖L2，兩束光經耦合器C2匯合相干形成干涉條紋。光纖Mach-Zehnder干涉儀不帶有纖端反射鏡，克服了光纖Michelson干涉儀回波干擾的缺點，因而在光纖傳感領域得到了更廣泛的應用。光纖Mach-Zehnder干涉儀的輸出端光強I 可表示為1 2 1 2I I I 2 I I cos( )(2.1) 1 1 2 22 n L n L (2.2)其中，1I 、2I 分別為信號臂和參考臂中的光強度， 是兩干涉臂的相位差

1 1 2 2a ba bn L n L 21 1 2 2n L n L 和b 遠大于 ，公式可化簡為（2.4）。當工作波長 為定值時 1 1 2 2n L n L，最終干涉儀的功率譜發(fā)生平移，故可根據干涉譜的光譜變化的外界物理量。磁流體折射率的可調諧性緒論部分可知，磁場測量是光纖傳感器的一個重要應用。為了使光纖傳感器上，一些具有磁控特性的特殊功能材料（如納米磁流該類傳感器是將磁性材料對磁場變化的響應轉化為光纖光學參數(shù)光參數(shù)的變化解調出外磁場強度的變化。對磁流體的探索可以追1963 年美國 Paperll 獲得了第一個磁流體制備專利并于美國登月密封中成功應用。

【參考文獻】

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1 李真;王丹;蕭桂森;陳哲;鐘永春;唐潔媛;;新型可調諧光學衰減器研究[J];光電子·激光;2015年07期

2 Tao Zhu;Shihong Huang;Leilei Shi;Wei Huang;Min Liu;Kinseng Chiang;;Rayleigh backscattering: a method to highly compress laser linewidth[J];Chinese Science Bulletin;2014年33期

3 靖濤;王艷芳;;錐形光纖在光纖傳感和光纖激光器上的應用[J];信息技術;2010年10期

4 胡濤;趙勇;李星;陳菁菁;呂志偉;;Novel optical fiber current sensor based on magnetic fluid[J];Chinese Optics Letters;2010年04期

5 趙勇;董俊良;陳菁菁;李星;;磁流體的光學特性及其在光電信息傳感領域中的應用[J];光電工程;2009年07期

6 李志全;田秀仙;王會波;;新型全光纖可調光衰減器[J];光學精密工程;2008年08期

7 殷建玲;黃旭光;劉頌豪;;光子晶體波導可調光衰減器[J];中國激光;2007年05期

8 來克嫻;楊永強;張林華;;光纖激光器及其在選區(qū)激光熔化快速原型制造中的應用[J];激光與光電子學進展;2006年03期

9 曲喜強;李仰軍;王高;;基于環(huán)形熱源的錐形光纖加工方法[J];科技情報開發(fā)與經濟;2006年06期

10 芳芳;;工業(yè)加工用飛秒激光器的研究動向[J];光機電信息;2006年01期

本文編號：2815997