光纖光柵是一種光纖無源器件,廣泛應(yīng)用于光學均衡、濾波、傳感等領(lǐng)域。電弧放電法是一種經(jīng)濟、簡便的長周期光纖光柵制作方式,在用于不同類型的光纖、不同折射率調(diào)制要求時,使用的電流參數(shù)各不相同,但電弧放電對光纖折射率、殘余應(yīng)力的影響并沒有系統(tǒng)定量的研究,此外,電弧放電法制作的長周期光纖光柵折射率調(diào)制較低,形成的器件往往尺寸偏大,影響實際應(yīng)用。針對以上問題,本論文建立了基于三維相位顯微技術(shù)的光纖殘余應(yīng)力和折射率的檢測理論和實驗方法,通過此技術(shù),對電弧放電過程對光纖折射率、殘余應(yīng)力的影響做了深入研究。提出一種新的不同種光纖熔接成柵的特殊結(jié)構(gòu)長周期光纖光柵理論,在此基礎(chǔ)上制作了第一根樣品并對其特性進行了檢測。本論文的主要內(nèi)容:1.基于三維定量相位顯微技術(shù),對光纖橫截面和縱向的殘余應(yīng)力、折射率分布隨放電電流參數(shù)的變化進行了研究,得到了系統(tǒng)定量的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了縱向殘余應(yīng)力的高斯函數(shù)分布以及其飽和效應(yīng);該研究成果對未來制作高性能的長周期光纖光柵以及優(yōu)化基于電弧放電法的長周期光纖光柵制作技術(shù)具有指導意義;2.提出了利用弱電弧放電來制作長周期光纖光柵的理論,提出一種對弱電弧制作的長周期光纖光柵殘余應(yīng)力的調(diào)制進行模擬的方法。并利用模式耦合理論,對此長周期光纖光柵的透射譜進行了模擬;3.提出不同種光纖熔接成柵的新型長周期光纖光柵理論。該新型光柵通過將不同類型的兩種光纖以一定次序熔接而成從而獲得折射率的周期性調(diào)制。利用此理論,通過使用標準單模光纖和色散補償光纖熔接成柵,制作了不同種光纖長周期光纖光柵樣品,對并其耦合特性進行了檢測;4.利用不同種光纖長周期光纖光柵制作溫度和應(yīng)力傳感器并對此其的溫度和應(yīng)力傳感性能進行了研究,測試了其靈敏度。該研究成果對未來制作高性能低成本結(jié)構(gòu)緊湊的新型長周期光纖光柵具有指導意義。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

長周期光柵是不同于短周期光柵的一種新型光纖光柵，其特點是同向傳輸?shù)??纖芯基模和包層模之間發(fā)生能量耦合，從而形成一個透射型帶阻濾波器，無后向??反射。兩種光纖光柵的結(jié)構(gòu)和反射譜如圖１－２所示。??４??

了溫度和應(yīng)力的同時檢測［５？５２］，還被應(yīng)用于折射率［５３］、加速度［５４］等物理量的檢測。??電弧放電法制作長周期光纖光柵通常使用逐點寫入的方式，制作裝置包括寬??光譜光源，移動控制臺，放電電極，準直系統(tǒng)，光譜分析儀，制作系統(tǒng)如圖１－４??所示。準直系統(tǒng)通常由重量砝碼和兩個Ｖ型槽組成，用來保證制作光柵過程中光??１１??

個周期的距離，再次使用電極對光纖進行放電，通過這樣的方式在光纖內(nèi)部逐點??寫入周期性的折射率調(diào)制。使用光譜分析儀對透射光譜進行實時監(jiān)測，重復以上??放電過程直到形成理想的諧振峰。圖１－５顯示了電弧放電法制作的長周期光纖光柵??的透射譜，隨著周期的增多，其光譜諧振峰的演化過程［５５］。??電弧放電法不需要復雜昂貴的激光設(shè)備，操作簡單，對系統(tǒng)要求低�？梢宰�??由調(diào)節(jié)光柵周期長度和周期個數(shù)來控制透射光譜，可以定制放電電流的強度和時??間來調(diào)整諧振峰的波長和強度。此外，電弧放電法對光纖的光敏性沒有要求，不??需要對光纖進行增敏處理，因此可以在所有種類的光纖中制作光柵等。??１２??
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本文編號：2878103