光纖傳感器具有抗電磁干擾、靈敏性能高、響應(yīng)速率快、動(dòng)態(tài)范圍寬、體積小重量輕等優(yōu)點(diǎn),是光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。特種光纖和光纖光柵以其獨(dú)特的優(yōu)勢,在光纖傳感中發(fā)揮著重要作用。本文仿真了一種基于保偏光子晶體光纖光柵結(jié)構(gòu)的傳感器,實(shí)現(xiàn)了對溫度和壓力雙參量的同時(shí)測量,研究并分析其在溫度變化和不同壓力狀態(tài)下的傳感靈敏度;分析了保偏光子晶體光纖光柵的各項(xiàng)幾何參數(shù)對溫度和壓力傳感性能的影響,提出能夠提升傳感靈敏度的改進(jìn)方向,并對參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。本文主要工作如下:(1)比較了保偏光子晶體光纖和光纖布拉格光柵在傳感領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)。研究了雙折射光纖光柵的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了保偏光子晶體光纖光柵傳感結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)勢,并推導(dǎo)了保偏光子晶體光纖光柵的溫度和壓力雙參量傳感原理。(2)利用COMSOL和MATLAB聯(lián)合仿真了保偏光子晶體光纖光柵特性,實(shí)現(xiàn)了對溫度和壓力的雙參量傳感。據(jù)結(jié)果可知,保偏光子晶體光纖光柵的反射頻譜由于雙折射特性會出現(xiàn)兩個(gè)諧振峰,兩個(gè)諧振峰之間的波長差隨壓力的改變而變化,而兩個(gè)諧振峰的波長均隨著溫度和壓力的變化而共同變化。通過仿真計(jì)算可知,該結(jié)構(gòu)的溫度靈敏度為11.26pm/℃,其x方向、Y方向...

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 保偏光子晶體光纖的研究背景和應(yīng)用
    1.3 光纖布拉格光柵的研究背景和應(yīng)用
    1.4 研究內(nèi)容和文章結(jié)構(gòu)安排
2 保偏光子晶體光纖光柵傳感器工作原理
    2.1 保偏光子晶體光纖的雙折射原理
    2.2 光纖布拉格光柵的耦合模理論
        2.2.1 光纖布拉格光柵耦合模方程的推導(dǎo)
        2.2.2 光纖布拉格光柵耦合模方程的求解
    2.3 光纖光柵的溫度和壓力傳感原理
        2.3.1 光纖的溫度和應(yīng)變特性
        2.3.2 不同壓力的應(yīng)力表現(xiàn)形式
        2.3.3 光纖光柵的溫度和壓力傳感
    2.4 保偏光子晶體光纖光柵的傳感原理
    2.5 光子晶體光纖中寫入光柵的制作方法
        2.5.1 光子晶體光纖的制作工藝
        2.5.2 光纖光柵的制作工藝
        2.5.3 光纖光柵寫入光子晶體光纖的制備方法
    2.6 本章小結(jié)
3 保偏光子晶體光纖光柵特性分析
    3.1 保偏光子晶體光纖的仿真模型
    3.2 保偏光子晶體光纖的折射率變化特性分析
        3.2.1 基本折射率數(shù)值仿真
        3.2.2 溫度對折射率參數(shù)的影響
        3.2.3 壓力對折射率參數(shù)的影響
    3.3 光纖布拉格光柵的傳感特性分析
        3.3.1 FBG反射譜
        3.3.2 溫度傳感特性
        3.3.3 壓力傳感特性
    3.4 保偏光子晶體光纖光柵的傳感特性分析
        3.4.1 PM-PCFBG反射譜
        3.4.2 溫度傳感特性
        3.4.3 壓力傳感特性
    3.5 本章小結(jié)
4 保偏光子晶體光纖光柵傳感器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
    4.1 PM-PCFBG截面幾何參數(shù)對溫度和壓力傳感靈敏度的影響
        4.1.1 光纖直徑對溫度和壓力靈敏度的影響
        4.1.2 大空氣孔直徑對溫度和壓力靈敏度的影響
        4.1.3 小空氣孔直徑對溫度和壓力靈敏度的影響
        4.1.4 大空氣孔間距對溫度和壓力靈敏度的影響
        4.1.5 小空氣孔間距對溫度和壓力靈敏度的影響
    4.2 PM-PCFBG光柵參數(shù)對溫度和壓力傳感靈敏度的影響
    4.3 PM-PCFBG傳感器參數(shù)的優(yōu)化選擇
        4.3.1 溫度和X方向橫向壓力雙參量傳感的優(yōu)化
        4.3.2 溫度和Y方向橫向壓力雙參量傳感的優(yōu)化
        4.3.3 溫度和均勻體應(yīng)力雙參量傳感的優(yōu)化
    4.4 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 本文的主要研究工作
    5.2 下一步工作展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3900700