本文關(guān)鍵詞：D型光纖干涉器件傳感研究

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【摘要】：相較于普通光纖,D型光纖具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn),首先,D型光纖纖芯距離外界環(huán)境更近,對(duì)外界環(huán)境的變化更加敏感,其次,D型光纖的側(cè)面為一個(gè)平面,便于激光微加工系統(tǒng)的聚焦和刻蝕�；贒型光纖的這些優(yōu)點(diǎn),對(duì)D型光纖干涉器件的傳感特性進(jìn)行了研究,研究制作了開放式的法珀壓力傳感器和串聯(lián)型分布式折射率傳感器。本文研究的主要內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)制作了一種D型光纖琺珀壓力傳感器,該壓力傳感器由一個(gè)開放式琺珀腔構(gòu)成,其傳感原理主要基于折射率會(huì)隨壓力的改變而發(fā)生變化,傳感器具有較高的靈敏度,壓力與溫度的交叉敏感性極低,并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)壓力的快速響應(yīng)。該D型光纖開放式琺珀壓力傳感器采用研磨拋光工藝和157nm激光微加工工藝制作而成,將其封裝后進(jìn)行了靜態(tài)氣壓與動(dòng)態(tài)氣壓的性能測(cè)試,并同時(shí)與傳統(tǒng)封閉式光纖壓力傳感器進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該壓力傳感器的靈敏度高達(dá)1.6749rad/MPa,遠(yuǎn)高于封閉式琺珀壓力傳感器的靈敏度,線性度約為99.83%,具有良好的穩(wěn)定性以及溫度不敏感特性,并且傳感器具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,其對(duì)脈沖壓力的響應(yīng)時(shí)間達(dá)到了0.88ms。(2)制作了一種D型光纖琺珀折射率傳感器,該折射率傳感器的基本結(jié)構(gòu)為一個(gè)法珀腔,并且琺珀腔的腔長(zhǎng)達(dá)到厘米量級(jí),同時(shí)基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀搭建了一套微波測(cè)試系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了在微波頻域上,對(duì)該D型光纖琺珀折射率傳感器進(jìn)行性能測(cè)試。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了折射率傳感器的靈敏度約為5.08MHz/RIU,并具有良好的線性度、穩(wěn)定性及重復(fù)性。將多個(gè)這種D型光纖琺珀折射率傳感器進(jìn)行串聯(lián)連接,在該微波測(cè)試系統(tǒng)上能夠?qū)Σ煌瑐鞲衅鬟M(jìn)行分辨,并能夠?qū)崿F(xiàn)其中任意一個(gè)傳感器的靈敏度等性能進(jìn)行測(cè)量,從而實(shí)現(xiàn)了折射率傳感器的串聯(lián)分布式測(cè)量。(3)提出了一種D型光纖周期性結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)由纖芯和空氣腔的周期性分布構(gòu)成,由于纖芯和空氣腔的高折射率差,在分界面上會(huì)形成較高的反射,因此可以極大地減少傳統(tǒng)光柵的周期數(shù),并且仍能獲得較高的反射峰。使用有限元分析軟件COMSOL Multiphysics對(duì)D型光纖周期性結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬仿真,并通過(guò)改變空氣腔部分的折射率、周期性結(jié)構(gòu)的各參數(shù)研究分析其光譜的變化情況。
【關(guān)鍵詞】：D型光纖 光纖琺珀 周期性結(jié)構(gòu) COMSOL
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212;TN253
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11-14
• 1.2 光纖傳感技術(shù)簡(jiǎn)介14-15
• 1.3 光纖傳感器分類15-20
• 1.3.1 干涉型傳感器15-17
• 1.3.2 電磁式傳感器17-18
• 1.3.3 光纖光柵18-20
• 1.4 微結(jié)構(gòu)光纖傳感器的發(fā)展及研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 本論文的主要內(nèi)容21-23
• 第二章 光纖琺珀傳感器及有限元法介紹23-34
• 2.1 光纖琺珀傳感器干涉原理23-24
• 2.2 光纖琺珀傳感器的分類24-26
• 2.2.1 本征型光纖琺珀傳感器24-25
• 2.2.2 非本征型光纖琺珀傳感器25-26
• 2.2.3 線型復(fù)合腔光纖琺珀傳感器26
• 2.3 光纖琺珀壓力傳感器的分類26-28
• 2.3.1 膜片式光纖琺珀壓力傳感器26-28
• 2.3.2 側(cè)壁式光纖琺珀壓力傳感器28
• 2.4 有限元法基本理論28-30
• 2.4.1 電磁場(chǎng)基本方程28-29
• 2.4.2 邊界條件29
• 2.4.3 有限元法求解的基本步驟29-30
• 2.5 有限元分析軟件COMSOL介紹30-33
• 2.5.1 COMSOL軟件建模流程30-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第三章 D型光纖壓力傳感器34-47
• 3.1 傳感器結(jié)構(gòu)及仿真34-37
• 3.2 傳感器的制作工藝37-39
• 3.3 傳感器理論分析39-40
• 3.4 傳感器對(duì)壓力與溫度的響應(yīng)測(cè)試40-46
• 3.4.1 傳感器的壓力靈敏度40-43
• 3.4.2 傳感器對(duì)溫度的響應(yīng)43-44
• 3.4.3 傳感器的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 D型光纖折射率傳感器47-70
• 4.1 分布式傳感測(cè)試系統(tǒng)47-54
• 4.1.1 串聯(lián)型分布式光纖傳感47-48
• 4.1.2 分布式系統(tǒng)理論與仿真48-53
• 4.1.3 分布式傳感測(cè)試系統(tǒng)搭建53-54
• 4.2 D型光纖折射率傳感器結(jié)構(gòu)54-55
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-60
• 4.3.1 折射率靈敏度測(cè)試55-57
• 4.3.2 傳感器穩(wěn)定性測(cè)試57-58
• 4.3.3 傳感器的測(cè)量重復(fù)性58-59
• 4.3.4 傳感器的串聯(lián)分布式測(cè)量59-60
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析60-61
• 4.5 D型光纖周期型結(jié)構(gòu)61
• 4.6 COMSOL軟件模擬D型光纖周期性結(jié)構(gòu)61-66
• 4.6.1 建立D型光纖周期性結(jié)構(gòu)幾何模型61-62
• 4.6.2 幾何模型端口及邊界條件設(shè)置62
• 4.6.3 劃分網(wǎng)格62-63
• 4.6.4 求解63-64
• 4.6.5 結(jié)果分析64-65
• 4.6.6 D型光纖周期性結(jié)構(gòu)不同折射率仿真65-66
• 4.7 D型光纖周期性結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的COMSOL仿真66-68
• 4.7.1 不同周期數(shù)的D型光纖周期性結(jié)構(gòu)仿真66-67
• 4.7.2 不同周期的D型光纖周期性結(jié)構(gòu)仿真67-68
• 4.7.3 被刻蝕部分占空比不同的D型光纖周期性結(jié)構(gòu)仿真68
• 4.8 D型光纖周期性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)68
• 4.9 本章小結(jié)68-70
• 第五章 全文總結(jié)與展望70-71
• 致謝71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果76-77

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本文編號(hào)：686206