本文關(guān)鍵詞：基于光纖干涉技術(shù)的光纖激光器及傳感器的研究

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【摘要】：光纖干涉儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,與光纖系統(tǒng)的兼容性好,抗腐蝕,抗電磁干擾和反應(yīng)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。因此光纖干涉技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代光學(xué)通信、光電檢測(cè)與傳感、結(jié)構(gòu)體嵌入式監(jiān)測(cè)、航空航天等領(lǐng)域。在多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器中,光纖干涉儀通常作為系統(tǒng)的梳狀濾波單元,然而現(xiàn)有的技術(shù)不能夠在同一個(gè)激光諧振腔中實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)間隔、峰值位置、波長(zhǎng)數(shù)目以及光譜范圍的調(diào)控。因此我們提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于Mach-Sender(MZ)干涉技術(shù)以及強(qiáng)度相關(guān)損耗調(diào)制的多功能可調(diào)諧的摻鉺光纖激光器。通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)損耗效應(yīng),本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)數(shù)目和光譜范圍的調(diào)控;通過(guò)改變MZ干涉儀的工作狀態(tài),本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)間隔和峰值位置的轉(zhuǎn)換;通過(guò)改變泵浦功率,本方案還實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)數(shù)目的精確控制。更重要的是,本激光系統(tǒng)對(duì)每個(gè)參量的調(diào)諧都是單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的,不會(huì)帶來(lái)其它參量的變化。此外,光纖干涉儀還可以作為傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)一些參量的檢測(cè),如溫度、壓力、超聲、張力、折射率、濕度和氣體濃度。靈敏度是表征傳感器性能的一項(xiàng)重要指標(biāo),所以提高傳感器的靈敏度具有重要的實(shí)際意義。基于此,我們提出了三種基于Fabry-Perot(FP)干涉儀的高靈敏度的光纖傳感器。根據(jù)Vernier效應(yīng)的包絡(luò)函數(shù)的放大特性,我們提出并制備了一種基于Vernier效應(yīng)的高靈敏度的光纖FP氣體折射率傳感器。本方案有效地利用光纖最后端面的發(fā)射光對(duì)參考光的調(diào)制,實(shí)現(xiàn)了Vernier放大效應(yīng)。該傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)免除了消除光纖尾端反射光所帶來(lái)的弊端,使制作成本和復(fù)雜度降低。實(shí)驗(yàn)上所獲得的折射率靈敏度高達(dá)30899 nm/RIU,突破了現(xiàn)有技術(shù)的瓶頸。根據(jù)光子晶體光纖的非均勻斷裂特性,我們提出并制備了一種基于凹芯光子晶體光纖的超短腔高靈敏度的光纖FP應(yīng)變傳感器。本方案所制備的傳感器的腔的長(zhǎng)度短至3.43?m,所提供的應(yīng)變靈敏度高達(dá)42.24 pm/?ε,接近現(xiàn)有技術(shù)的最高水平。通過(guò)對(duì)凹芯光子晶體光纖制備工藝的進(jìn)一步優(yōu)化,我們提出并制備了一種基于凹芯光子晶體光纖的FP微流體折射率傳感器。本方案的創(chuàng)新點(diǎn)在于所制備的傳感器的腔內(nèi)體積很小、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性及重復(fù)性較強(qiáng)。本研究工作為現(xiàn)代化的光纖光源和光纖傳感技術(shù)提供了重要的理論支持,對(duì)光纖干涉技術(shù)在各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展都有著重要的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：干涉儀 折射率 光子晶體 光纖傳感器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH744.3;TN248;TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題背景及研究意義9
• 1.2 光纖干涉技術(shù)在MWEDFL領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 基于FBGs的多波長(zhǎng)光纖激光器9-10
• 1.2.2 基于光纖FPI的多波長(zhǎng)光纖激光器10
• 1.2.3 基于光纖雙折射效應(yīng)的多波長(zhǎng)光纖激光器10
• 1.2.4 基于光纖MZI的多波長(zhǎng)光纖激光器10-11
• 1.3 光纖干涉技術(shù)在光纖傳感領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.1 光纖Sagnac傳感器11-12
• 1.3.2 光纖MZI傳感器12
• 1.3.3 光纖FP傳感器12
• 1.4 研究?jī)?nèi)容與研究方法12-15
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容12-13
• 1.4.2 研究方法13-15
• 第2章 兩種光纖干涉儀的理論模型15-21
• 2.1 引言15
• 2.2 可調(diào)諧雙通道光纖MZ干涉儀15-18
• 2.3 光纖FPI的工作原理18-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第3章 基于MZI的可調(diào)諧多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器21-28
• 3.1 引言21
• 3.2 實(shí)驗(yàn)裝置21-22
• 3.3 多波長(zhǎng)光纖激光器參數(shù)的調(diào)控及機(jī)理研究22-26
• 3.3.1 波長(zhǎng)間隔和光譜范圍的調(diào)控22-23
• 3.3.2 波長(zhǎng)數(shù)目和光譜范圍的調(diào)控23-25
• 3.3.3 波長(zhǎng)數(shù)目的精確調(diào)控25-26
• 3.4 激光系統(tǒng)的穩(wěn)定性26-27
• 3.5 本章小結(jié)27-28
• 第4章 基于Vernier效應(yīng)的高靈敏度的光纖FPI氣體RI傳感器28-37
• 4.1 引言28
• 4.2 傳感器的工作原理28-31
• 4.3 傳感器的制備31-32
• 4.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)量及性能分析32-36
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置32-33
• 4.4.2 空氣相對(duì)壓力的測(cè)試33-34
• 4.4.3 空氣RI的測(cè)試34-35
• 4.4.4 傳感器的響應(yīng)速度35-36
• 4.5 本章小結(jié)36-37
• 第5章 基于凹芯光子晶體光纖的FPI應(yīng)變傳感器37-43
• 5.1 引言37
• 5.2 傳感器的制備37-38
• 5.3 傳感器的工作原理分析38-40
• 5.4 應(yīng)變測(cè)量及分析40-42
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)裝置40-41
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析41-42
• 5.4.3 傳感器的溫度響應(yīng)42
• 5.5 本章小結(jié)42-43
• 第6章 基于凹芯光子晶體光纖的FPI微流體RI傳感器43-51
• 6.1 引言43
• 6.2 傳感器的結(jié)構(gòu)和制備過(guò)程43-45
• 6.3 微流體RI測(cè)量及結(jié)果分析45-50
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置45-46
• 6.3.2 不同液體RI的測(cè)量46
• 6.3.3 液體濃度的測(cè)量46-48
• 6.3.4 傳感器溫度交叉敏感性的分析48-49
• 6.3.5 傳感器的反應(yīng)時(shí)間的測(cè)試49-50
• 6.4 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論51-52
• 參考文獻(xiàn)52-58
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果58-61
• 致謝61

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10 沈乃n

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