發(fā)布時(shí)間：2020-11-01 02:11

　　 光纖傳感器具有高靈敏度、耐腐蝕、抗電磁干擾、體積小和重量輕等優(yōu)勢,各種結(jié)構(gòu)的光纖光柵制成的傳感器成為近年來研究熱點(diǎn)。針對當(dāng)前光纖傳感器的發(fā)展趨勢,為了實(shí)現(xiàn)高靈敏度的測量,本論文圍繞螺旋芯長周期光纖光柵(H-LPG)展開,分別從理論仿真、制作技術(shù)、傳感應(yīng)用和交叉敏感問題解決方案這四個(gè)方面對其進(jìn)行系統(tǒng)性研究。本論文首先研究了長周期光纖光柵(LPG)的基本理論,采用兩種介質(zhì)模型仿真了纖芯模有效折射率、包層模有效折射率和周期與波長的關(guān)系,利用耦合模理論對透射光譜進(jìn)行了分析。然后,基于普通長周期光纖光柵常用的三種制作方法,本文提出了一種螺旋芯長周期光纖光柵的制作方法,設(shè)計(jì)搭建了一套制作平臺,成功制作出性能穩(wěn)定的螺旋芯長周期光纖光柵,并對樣品的光譜特性進(jìn)行了測試分析。其次,對樣品分別進(jìn)行了溫度和扭轉(zhuǎn)傳感實(shí)驗(yàn),從理論上討論了其傳感特性,驗(yàn)證了諧振波長與溫度和扭轉(zhuǎn)參量都具有良好的線性關(guān)系,結(jié)果表明,螺旋芯長周期光纖光柵在傳感領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。最后,為了解決極具挑戰(zhàn)性的溫度和扭轉(zhuǎn)參量交叉敏感問題,設(shè)計(jì)并制作了旋向互逆螺旋芯長周期光纖光柵,其透射譜是具有兩個(gè)損耗峰的W形光譜,而且兩個(gè)損耗峰在扭轉(zhuǎn)參量作用下漂移方向相反�；谠摻Y(jié)構(gòu)的螺旋芯長周期光纖光柵,提出了兩種交叉敏感問題的解決方案,分別是雙波長法和雙光強(qiáng)法。本文的研究表明,所制作的螺旋芯長周期光纖光柵可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度測量,對光纖傳感領(lǐng)域的研究和發(fā)展提供了有意義的參考。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN253;TP212
【部分圖文】：

Ａ是諧振波長。??所以從總的效果來看，布拉格光纖光柵對特定波長的光具有反射作用，而對其它波??長的光則沒有影響，其反射光譜如圖１．２所示。通常反射光的帶寬較窄，一般小于ｌｎｍ，??也有達(dá)到幾納米的。??！?＇ｃＰ?１??〇．９〇?｛?丨??ｒ???０．７５???ｔ??１?ｒ????ｉ?ｉ?ｉ??＞－．?ｉ?ｉ?ｉ??ｃ?０．６０?４?１?？－???．Ｃ?ｉ?ｉ?ｉ??〇?Ｉ?Ｉ?ｌ??Ｉ?０．４５?！?；?卜???０．３０?７?ｊ?ｉ?ｉ?＇??，……－卜共……卜……．??０．００１??１＿一???１５４８?１５４９?１５５０?１５５１?１５５２??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??圖１．２布拉格光纖光柵反射譜??由于它具有反射光譜窄、反射率高和性能穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以被普遍地運(yùn)用于??光纖傳感器、光纖波分復(fù)用和光纖激光器中［２３，２４］。??（２）長周期光纖光柵??長周期光纖光柵的周期比前者大得多，雖然只有周期長短這一構(gòu)造上的區(qū)別，但導(dǎo)??致的模式耦合己經(jīng)截然不同。它并不是纖芯模之間的相互耦合，而是當(dāng)滿足諧振條件時(shí)，??可以把前向傳遞的纖芯模耦合至同向傳遞的包層模中去，如圖１．３所示。??圖１．３前向傳遞的纖芯模耦合至同向傳遞的包層模??但是包層模并不能傳遞得很遠(yuǎn)，因?yàn)榘鼘优c環(huán)境之間的界面具有不規(guī)則性，所以很??快便會被衰減掉。??４??

０．７５???ｔ??１?ｒ????ｉ?ｉ?ｉ??＞－．?ｉ?ｉ?ｉ??ｃ?０．６０?４?１?？－???．Ｃ?ｉ?ｉ?ｉ??〇?Ｉ?Ｉ?ｌ??Ｉ?０．４５?！?；?卜???０．３０?７?ｊ?ｉ?ｉ?＇??，……－卜共……卜……．??０．００１??１＿一???１５４８?１５４９?１５５０?１５５１?１５５２??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??圖１．２布拉格光纖光柵反射譜??具有反射光譜窄、反射率高和性能穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以被普光纖波分復(fù)用和光纖激光器中［２３，２４］。??纖光柵??纖光柵的周期比前者大得多，雖然只有周期長短這一構(gòu)造上的合己經(jīng)截然不同。它并不是纖芯模之間的相互耦合，而是當(dāng)滿足諧傳遞的纖芯模耦合至同向傳遞的包層模中去，如圖１．３所示。??

ｄ是光纖周期，２ｄ為設(shè)計(jì)波長。因此從整體效果來看，長周期光纖光柵能夠??衰減掉一些符合諧振條件的光，在透射光譜中形成損耗峰。而對于其他不符合諧振條件??的光，則在光纖中正常傳播，不會被影響，其透射譜如圖１．４所示。??５?！?！?！?Ｉ?！??｜?ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??｜?１?Ｉ?Ｉ?Ｉ??〇?ｊ?ｙＨ??＼????ｔｉｌｌ??？?－５－……�。�；——＾——卜－－……－－－■??ｗ?！?＿?丨?丨?Ｉ??Ｃ?ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??〇?＿１〇?；－?；－－－ｆ－ｊ＇?卜?；???ｉ?ｉ?丨?ｉ?ｉ??￡?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??｜?－ｉｓ……；－——；——■！——卜——：???ｔ?１１１１１??－２０?Ｊ－?；?－；?［？?；???ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?｜ｉ??－２５＇?１?１?１?１?１???１３００?１４００?１５００?１６００?１７００?１８００?１９００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??圖１．４長周期光纖光柵的透射光譜??這兩種光纖光柵除了在反射與透射方面有區(qū)別外，還有一個(gè)重要的不同之處在于：??布拉格光纖光柵在周期確定的情況下，只能對其中某一個(gè)特定波長的光有反射作用，對??其他波長的光作用很小，而且其反射光的帶寬通常很窄。而長周期光纖光柵在周期確定??的條件下，并不只對其中某一個(gè)波長的光有作用，而是對所有符合條件的光都有作用，??所以它的損耗峰往往有數(shù)個(gè)。而且每個(gè)損耗峰值之間的距離也比較大，有的甚至在幾十??納米以上
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2864870