【摘要】：光纖光柵是纖芯折射率受到周期性微擾形成的一種光纖無(wú)源器件。光纖布拉格光柵是一種反射式光柵,其反射波長(zhǎng)與光柵的有效折射率和光柵周期有關(guān),光柵的帶寬和反射率取決于光柵的長(zhǎng)度以及折射率變化的幅值。光纖布拉格光柵對(duì)溫度和應(yīng)變具有特殊敏感性,故FBG在光纖通信和傳感領(lǐng)域有特殊的應(yīng)用�；瘜W(xué)腐蝕法制備光纖光柵傳感器是目前最為簡(jiǎn)單的一種方法,此方法的獨(dú)特之處在于無(wú)須曝光。運(yùn)用化學(xué)腐蝕法,改變了光纖光柵的波導(dǎo)結(jié)構(gòu),讓制成的光纖光柵傳感器對(duì)外界折射率變化更加敏感,能在光纖傳感領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。此類傳感器具有體積小、成本低和靈活性高的優(yōu)勢(shì),已廣泛的應(yīng)用在生物化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域,逐漸成為近年來(lái)科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。本文主要工作為:第一,從麥克斯維方程(Maxwell equations)出發(fā),對(duì)單模光纖的導(dǎo)波模式進(jìn)行了推導(dǎo),用在模式耦合中產(chǎn)生的規(guī)律,可知?dú)w一化頻率一旦確定,其傳輸模式的種類和數(shù)量也就確定了。第二,討論了光纖布拉格光柵的長(zhǎng)度及耦合系數(shù)對(duì)其光譜的影響。發(fā)現(xiàn)光柵長(zhǎng)度越大,FBG的反射率峰值也越來(lái)越大,反射譜的帶寬逐漸減小;而耦合系數(shù)越大,FBG反射率上升的就越快。理論推導(dǎo)了光纖布拉格光柵傳感特性規(guī)律,并取中心波長(zhǎng)為1550nm的光柵,測(cè)出其溫度響應(yīng)系數(shù)為10pm/℃,應(yīng)力響應(yīng)系數(shù)為1.36N/nm。第三,分析了腐蝕FBG的傳感原理,運(yùn)用化學(xué)腐蝕的辦法,用HF溶液對(duì)FBG進(jìn)行了約160min腐蝕,測(cè)出了腐蝕過(guò)程中中心波長(zhǎng)波長(zhǎng)的偏移量為2.1nm。觀察了腐蝕前后FBG對(duì)外界的折射率響應(yīng),發(fā)現(xiàn)腐蝕之前FBG對(duì)外界折射率不敏感,腐蝕之后其對(duì)外界折射率的響應(yīng)系數(shù)為0.4822nm/riu。采用腐蝕過(guò)的FBG對(duì)鹽水的濃度和密度進(jìn)行了測(cè)量,發(fā)現(xiàn)溶液濃度每增加1%,中心波長(zhǎng)就增加20.3pm,密度每增加2.64g/cm3,中心波長(zhǎng)增加1nm,從側(cè)面說(shuō)明,可以利用FBG對(duì)溶液的濃度和密度進(jìn)行測(cè)量。最后,測(cè)出了腐蝕FBG后其溫度響應(yīng)系數(shù)為9pm/℃。第四,闡述了腐蝕FBG作為傳感器的應(yīng)用,可以直接測(cè)量密度、濃度等,也可鍍膜后作為濕度傳感器來(lái)使用,并分析了腐蝕FBG使用過(guò)程中,交叉?zhèn)鞲袑?duì)其的影響。通過(guò)化學(xué)試劑將FBG包層腐蝕掉一些后,發(fā)現(xiàn)其中心波長(zhǎng)的偏移量與外界折射率的變化存在良好的線性關(guān)系,而不做任何處理的FBG對(duì)外界環(huán)境的折射率不敏感,說(shuō)明了為進(jìn)行折射率傳感,腐蝕FBG包層十分有必要,而這種方法能拓展FBG在折射率傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。
【圖文】：

大學(xué)碩士學(xué)位論文邐第二章光纖布拉格第二章光纖布拉格光柵的制作逡逑纖在一定的紫外光照射下，由于光纖的光敏性，使得光纖纖芯的折射率期性變化，從而制成光纖光柵。光纖光柵歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展，出于對(duì)，光纖光柵的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越多樣化，幾乎每一種結(jié)構(gòu)的光纖光柵都有其，所以出現(xiàn)了各式各樣寫(xiě)入光柵的方法。激光內(nèi)部寫(xiě)入法和紫外激光外光纖光柵常用的方法。紫外激光外部寫(xiě)入法又可以分為：逐點(diǎn)寫(xiě)入法、橫向全息曝光法等＠＿１８Ｕ?qǐng)D２．１？２．４分別是駐波干涉法示意圖、全息曝幅掩模法示意以及逐點(diǎn)寫(xiě)入法示意圖。逡逑

掩模法逡逑Ｈｉｌｌ等人發(fā)現(xiàn)摻Ｇｅ光纖可以利用準(zhǔn)分子激光器制作光纖光柵，歷經(jīng)多年的纖光柵制作的主要方法是相位掩模法。相位掩模法對(duì)光路的穩(wěn)定性要求采用此方法與光源的波長(zhǎng)和光纖光柵的周期沒(méi)有任何矣系，，可以批量生產(chǎn)。逡逑紫外光的垂直照射下，將具有一定光敏性的光纖貼在相位掩模板上，此近場(chǎng)衍射可以產(chǎn)生干涉條紋，誘發(fā)光纖折射率發(fā)生永久性的周期變化，柵＿，這就是相位掩模法的原理，如圖２．５所示。將由紫外光照射產(chǎn)生的制到入射光強(qiáng)的５％以內(nèi)，進(jìn)而使得衍射光的能量主要集中在土邋１級(jí)衍射７逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2548626