光纖光柵作為發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一,自出現(xiàn)以來,隨著其制作技術(shù)的不斷完善,出現(xiàn)了越來越多的應(yīng)用成果,并憑借著其自身獨特的優(yōu)勢,逐漸發(fā)展成為最具代表性的、最有發(fā)展前途的光纖無源器件之一,在光纖通信、光纖傳感等多個領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本論文從新型光纖光柵傳感技術(shù)出發(fā),深入研究光纖光柵器件在光纖通信與新型傳感領(lǐng)域的應(yīng)用,研制了可全光調(diào)節(jié)的窄帶濾波器以及新型熱線式微流體流量傳感器。本論文首先簡單介紹了課題研究的背景與意義以及光纖光柵的發(fā)展歷程,接著討論了光纖光柵以及摻鈷光纖在通信領(lǐng)域和傳感領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與市場前景,并對目前光纖光柵傳感技術(shù)的研究熱點進(jìn)行了概括與總結(jié)。然后從理論上分析了光纖光柵的結(jié)構(gòu)模型以及基本的理論分析工具,包括射線理論、耦合模理論以及適用于非均勻光纖光柵數(shù)值計算的傳輸矩陣法。接著從光纖的光敏性出發(fā)給出了常用的光敏性模型以及光纖增敏技術(shù),隨后又簡述了現(xiàn)存的幾種光纖布拉格光柵的制作方法以及本實驗室的載氫設(shè)備和光柵制作系統(tǒng)。本論文研發(fā)了一種基于摻鈷光纖的光纖布拉格光柵法布里珀羅腔結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧窄帶濾波器。基于摻鈷光纖的光柵結(jié)構(gòu)是一種新型光纖器件,摻鈷光纖具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化機(jī)制,從而可實現(xiàn)光柵諧振波長的全光調(diào)諧。而由光纖布拉格光柵對構(gòu)成的法布里珀羅腔結(jié)構(gòu)能大幅度提升諧振峰的細(xì)度,實現(xiàn)高精度、高分辨率傳感,同時合理設(shè)計光纖布拉格光柵長度以及法布里珀羅腔腔長能夠?qū)崿F(xiàn)透射峰的單縱模傳輸。論文還提出一種基于摻鈷光纖的新型熱線式流速傳感技術(shù)。通過軟件仿真計算設(shè)計并制作了集成化的基于光纖光柵法布里珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)的微流體流量計,通過具體實驗驗證了該流量計的流速傳感特性包括波長響應(yīng)特性、時間響應(yīng)特性、靈敏度特性以及工作環(huán)境溫度條件,實現(xiàn)了高靈敏度、高分辨率、高穩(wěn)定性的微流體流量傳感。實驗中還發(fā)現(xiàn)通過增大泵浦激光功率以及減小微流體通道尺寸,可以進(jìn)一步提高該流量計的流速探測靈敏度以及增大流速測量范圍。論文最后提出一種基于微結(jié)構(gòu)光纖光柵的微流控芯片的設(shè)計方法。將摻鈷光纖上制作的光纖布拉格光柵與微流控芯片技術(shù)結(jié)合,先進(jìn)行軟件仿真然后采用特殊光纖光柵的數(shù)值分析方法計算了該傳感結(jié)構(gòu)的流速傳感響應(yīng),從理論上證實了該微流控芯片傳感方案的可行性。該傳感結(jié)構(gòu)增大了傳感單元與微流體之間的接觸面積,極大地提高了其流速探測靈敏度。同時采用特有的流速標(biāo)定方法,能夠有效補(bǔ)償環(huán)境溫度的變化,擴(kuò)大了該微流控芯片的應(yīng)用范圍。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

同比增長２２％，增長主要來源于中國在內(nèi)的新興市場，中國已經(jīng)成為全球最重要??的光纖光纜制造基地，也是全球最重要的光纖光纜消費市場。從下游需求來看，我國三大??國有電信運營商是國內(nèi)光纖光纜的主要客戶，其需求量約占中國市場的８０％以上。圖１為??著名細(xì)分產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)前瞻研究院出具的２０１１￣２０１７年以及預(yù)計２０１８年中國光纖光纜需??求及增長預(yù)測。２０１７年中國光纖光纜的需求量超過了?２．５億芯公里，同比增長２８％，預(yù)計??２０１８年將繼續(xù)保持較高的增長率，有望突破３．５億芯公里。??２０１１－２０１８年中國光纜需求及增長預(yù)測（單位：萬芯公里，％）??４００００???６０％??〇■?ｔＮ光纜耑求－萬芯公里?＿：＞增長－％??３５０００?／＼?＿?－??３００００?／?＼?＿?４〇％??；：／?＼?Ｓ?Ｊ?Ｉ?：??ｉｉ?１?ｒｓ－：ｔ？ｆ?Ｉ?ＳＪｉ??２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６?２０１７?２０１８??圖１．１?２０１１￣２０１８年中國光纜需求及增長預(yù)測??從１９９０年單模光纖系統(tǒng)進(jìn)入商用化以來，盡管只經(jīng)歷了短短二三十年的時間，光纖通??信技術(shù)以具有通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸損耗低、信號干擾小、保密性能好、抗電磁??干擾、傳輸質(zhì)量佳等優(yōu)點，成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，也為現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)??展發(fā)揮了積極作用。伴隨著光纖通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們推陳出新，一系列高性能光纖??器件被相繼提出，例如光纖光柵［４］、光纖耦合器［５］［６］［７］、波分復(fù)用器［８］、光纖延遲線［９］、光??纖放大器［１（）］［１１］、光纖濾波器［１２］、光纖干涉儀［１３］［１４］等。??另一方面

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文渡金屬離子摻雜光纖在使用時不會產(chǎn)生熒光，所以不會因此增渡金屬離子摻雜光纖往往具有較高的吸收系數(shù)，能夠?qū)⒏嗟模保�？１．４分別為典型的摻鈷光纖、摻釩光纖與摻鐿光纖的吸收摻鈷光纖在７００ｎｍ附近有極高的吸收系數(shù)，在１１００￣１５５０ｎｍ吸收。類似的，摻釩光纖對波長在８００？１６００ｎｍ范圍內(nèi)的光能摻鐿光纖的只有在８７５￣１０００ｎｍ范圍內(nèi)有相對較高的吸收系數(shù)，摻鈷光纖要低至少１個數(shù)量級。顯然摻鈷光纖吸收系數(shù)更高，光波段到近紅外波段的多種光源，因而適用范圍也會更廣泛。波長往往也存在于摻鈷光纖的吸收波段，但因為實驗中用到的號光的吸收并不大。??１５０?｜?？?Ｉ?１?Ｊ１?＇ｔ１１１?｜?？?ｉ?？?ｔｋ?＜?＊?Ｉ?１?ｉ??

的精度；而過渡金屬離子摻雜光纖在使用時不會產(chǎn)生熒光，所以不會因此增大檢測系統(tǒng)的??噪聲，并且過渡金屬離子摻雜光纖往往具有較高的吸收系數(shù)，能夠?qū)⒏嗟谋闷止饽芰哭D(zhuǎn)??化為熱量。圖１．２？１．４分別為典型的摻鈷光纖、摻釩光纖與摻鐿光纖的吸收光譜圖。從圖??中可以看出，摻鈷光纖在７００ｎｍ附近有極高的吸收系數(shù)，在１１００￣１５５０ｎｍ大范圍內(nèi)光能??量有相對高的吸收。類似的，摻釩光纖對波長在８００？１６００ｎｍ范圍內(nèi)的光能量均有較高系??數(shù)的吸收。而摻鐿光纖的只有在８７５￣１０００ｎｍ范圍內(nèi)有相對較高的吸收系數(shù)，但是峰值吸??收系數(shù)仍然比摻鈷光纖要低至少１個數(shù)量級。顯然摻鈷光纖吸收系數(shù)更高，且能夠適用于??現(xiàn)有的從可見光波段到近紅外波段的多種光源，因而適用范圍也會更廣泛。雖然在實際適??用中，信號光波長往往也存在于摻鈷光纖的吸收波段，但因為實驗中用到的摻鈷光纖長度??很短，其對信號光的吸收并不大。??１５０?｜?？?Ｉ?１?Ｊ１?＇ｔ１１１?｜?？?ｉ?？?ｔｋ?＜?＊?Ｉ?１?ｉ??｜?１００?：?Ｉ?：??Ｊ?５０?－?Ｉ?－??＜??Ｑ?？?．?．?Ｉ?■?Ｉ?■垂?■?Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ?．?Ｉ??７００?８００?９００?１０００?１１００?１２００?１３００?１４００?１５００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??圖１．２摻鈷光纖的典型吸收光譜圖??２．０－＾＾??！
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2848663