光纖傳感器已經(jīng)走出了實(shí)驗(yàn)室,在國(guó)防、交通以及醫(yī)療等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。與普通單模光纖傳感器相比,保偏光纖傳感器不僅具有抵御外部環(huán)境干擾并保持偏振態(tài)穩(wěn)定傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn),而且它多了雙折射、偏振主軸以及模耦合等參數(shù),可以用于更多參數(shù)的傳感。但保偏光纖用于傳感器時(shí),必然引入新的雙折射,因此作為保偏光纖傳感器的基本傳感機(jī)理,必須考慮保偏光纖固有雙折射與被測(cè)傳感量引起的誘導(dǎo)雙折射之間的雙重偏振效應(yīng)問(wèn)題。本文引入了四元數(shù)的概念并應(yīng)用于偏振光學(xué)領(lǐng)域,以此為工具,徹底搞清楚雙重偏振效應(yīng)問(wèn)題,為研究保偏光纖傳感器提供了基礎(chǔ),具有重要的理論意義。保偏光纖傳感器的另一個(gè)重要問(wèn)題是保偏光纖性能下降導(dǎo)致傳感器的性能下降,其最主要的因素是偏振模耦合或偏振串音。因此,深入研究多種因素導(dǎo)致的偏振模耦合對(duì)保偏光纖中偏振態(tài)傳輸?shù)挠绊憴C(jī)理,實(shí)現(xiàn)對(duì)保偏光纖的偏振模耦合系數(shù)的分布式、高精度和高空間分辨率測(cè)量,具有十分重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用意義。保偏光纖傳感器可分為點(diǎn)式、準(zhǔn)分布式和分布式三類(lèi),保偏光纖分布式傳感器同時(shí)具有分布式傳感與保偏光纖傳感的雙重優(yōu)點(diǎn),測(cè)量參數(shù)會(huì)更多,而測(cè)量結(jié)果將更穩(wěn)定。保偏光纖分布式傳感器的主要技術(shù)方案是基于偏振的O... 

【文章來(lái)源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：117 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１．３光纖受外應(yīng)力作用后偏振態(tài)的演化：（ａ）普通單模光纖；（ｂ）保偏光纖??Ｆｉｇ．?１．１．３?Ｔｈｅ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｓｔａｔｅ?ｃｈａｎｇｅ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ｂｙ?ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ｉｎ?ｆｉｂｅｒｓ：?（ａ）?ＳＭＦ；?（ｂ）?ＰＭＦ??

各向異性從而引入強(qiáng)烈的雙折射效應(yīng)，外界環(huán)境干擾引起的雙折射相對(duì)要小得多，??合成的雙折射無(wú)論其方向還是大小都只有微弱的變化，因此，當(dāng)輸入光的偏振態(tài)??對(duì)準(zhǔn)人為引入的雙折射軸時(shí)，其偏振態(tài)只在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變化，這種具有明??顯高雙折射的光纖稱為保偏光纖（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ?Ｆｉｂｅｒ，?ＰＭＦ）。保偏光纖??的兩個(gè)正交線偏振模之間有較大的傳輸常數(shù)差，當(dāng)入射光偏振態(tài)對(duì)準(zhǔn)保偏光纖的??任一偏振主軸時(shí)，該偏振光可以基本保持這個(gè)確定的偏振態(tài)傳輸下去。如圖１．１．３??（ｂ）所示，即使是受到外應(yīng)力作用，由外應(yīng)力導(dǎo)致的雙折射變化也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于保偏??光纖自身固有的雙折射，因此其傳輸光依然能基本保持偏振本征態(tài)傳輸下去。需??要說(shuō)明的是，保偏光纖并不能實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的不失真?zhèn)鬏�，只能�?shí)現(xiàn)偏振本征態(tài)的??穩(wěn)定傳輸。一旦輸入的偏振態(tài)沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)偏振主軸，輸出偏振態(tài)的變化要比普通光??纖更劇烈，所以“保偏光纖”這個(gè)術(shù)語(yǔ)常常會(huì)引起誤解，以為能夠?qū)⑤斎肫駪B(tài)??不失真的傳輸?shù)捷敵龆�，比較科學(xué)的說(shuō)法是“高雙折射光纖”。典型的保偏光纖折??射率在橫截面上的分布如圖１．１．４所示，主要包括橢圓型、Ｄ型、熊貓型、領(lǐng)結(jié)型??以及內(nèi)橢圓包層型？，其歸一化雙折射率系數(shù)通常大于１０＿５。關(guān)于保偏光纖的制造、??分類(lèi)及研究方法等詳細(xì)介紹可以參考文獻(xiàn)［３５］，本文不再贅述。??

（ａ）?（ｂ）??圖１．２．１根據(jù)ＯＦＳ－１５會(huì)議上發(fā)表文章關(guān)于光纖傳感的分布統(tǒng)計(jì)，（ａ）依據(jù)測(cè)量參量（ｂ）依??據(jù)所用技術(shù)ｔ４２］??Ｆｉｇ．?１．２．１?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＯＦＳ－１５?ｐａｐｅｒｓ?ａｃｃｏｒｄｉｎｇ?ｔｏ?（ａ）?ｍｅａｓｕｒｅｄ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，?（ｂ）?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ?ｔ４２］??目前，保偏光纖傳感器可用于振動(dòng)［４３‘４４］、應(yīng)力［４５］、溫度Ｗ、雙折射［４７’４８］、彎??曲《、拍長(zhǎng)ｗ、電流？等參量的檢測(cè)。目前，關(guān)注度較高的保偏光纖傳感器有以??下幾種類(lèi)型：（１）保偏光纖光柵傳感器［５２］；?（２）保偏光纖Ｓａｇｎａｃ干涉儀［４３’４６］；?（３）??馬赫－曾德（Ｍ－Ｚ）干涉儀［５３］；?（４）分布式光時(shí)域反射計(jì)［４４’４５’５４］�？梢钥闯�，基于??保偏光纖的傳感器與普通光纖傳感器在結(jié)構(gòu)上并沒(méi)有太大的區(qū)別，只不過(guò)是將傳??感介質(zhì)從普通光纖替換為保偏光纖。目前，很多以光學(xué)相干檢測(cè)和偏振態(tài)監(jiān)檢測(cè)??為基礎(chǔ)的普通光纖傳感器中，也使用了保偏光纖作為傳輸介質(zhì)，使用保偏光纖能??夠保證偏振態(tài)的穩(wěn)定傳輸，提高相干信噪比，更能實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的高精度測(cè)??量。??保偏光纖傳感作為一種高精度傳感技術(shù)，主要應(yīng)用于光纖陀螺、慣性導(dǎo)航系??統(tǒng)以及光纖水聽(tīng)器等。由于光纖陀螺及光纖水聽(tīng)器等可用于軍事慣導(dǎo)和潛艦聲吶??

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3375527