本文選題：結(jié)構(gòu)調(diào)制型　切入點(diǎn)：超長(zhǎng)周期光纖光柵　出處：《哈爾濱工程大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著光纖光柵制造業(yè)的快速發(fā)展,制作新型光纖光柵成為該領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。結(jié)構(gòu)調(diào)制型光纖光柵具有制備靈活、熱穩(wěn)定性好、無(wú)需載氫等特點(diǎn),引起了該領(lǐng)域科研人員極大的興趣。本文以結(jié)構(gòu)調(diào)制型超長(zhǎng)周期光纖光柵(SULPG)為切入點(diǎn),從局域耦合模理論出發(fā),建立了 SULPG的理論模型,在實(shí)驗(yàn)上完成了 SULPG的制備,對(duì)結(jié)構(gòu)調(diào)制型超長(zhǎng)周期光纖光柵的傳感特性進(jìn)行探討。并在此基礎(chǔ)上,基于熔拉技術(shù)提出了在錐形光纖上寫制結(jié)構(gòu)調(diào)制型超長(zhǎng)周期π相移光纖光柵,結(jié)合調(diào)制型超長(zhǎng)周期光纖光柵的特性構(gòu)建了四種不同結(jié)構(gòu)的模式干涉儀,利用光譜特性實(shí)現(xiàn)雙參數(shù)的傳感測(cè)量。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1、基于局域耦合模理論,對(duì)SULPG的模式分布及傳輸特性進(jìn)行分析,并詳細(xì)的分析了直接拉錐型SULPG和錐上拉錐型SULPG的光譜特性,以及纖芯基模和包層模的耦合系數(shù)分布、折射率分布及模式分布隨光纖幾何形變區(qū)域的變化情況。2、利用熔融拉錐技術(shù),完成了兩種SULPG的寫制,通過(guò)對(duì)光纖纖芯和包層幾何結(jié)構(gòu)周期性的調(diào)制形成光纖光柵,改變了以往光纖光柵只能在纖芯中形成的傳統(tǒng)觀念。此外,利用直接拉錐型SULPG和錐上拉錐型SULPG進(jìn)行溫度、應(yīng)變、彎曲、扭轉(zhuǎn)和折射率傳感特性測(cè)試。通過(guò)對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)的傳感特性實(shí)驗(yàn)研究,可以通過(guò)減小錐形光纖的錐腰直徑來(lái)提高外界環(huán)境的平均靈敏度。3、基于錐形光纖設(shè)計(jì)了具有較高溫度和應(yīng)變靈敏度的結(jié)構(gòu)調(diào)制型超長(zhǎng)周期π相移光纖光柵,制備工藝簡(jiǎn)單靈活,能夠精確的控制引入相移的位置和長(zhǎng)度。而且,利用此傳感器的波長(zhǎng)和幅值對(duì)溫度和應(yīng)變的不同響應(yīng),可以通過(guò)四種方式實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的同時(shí)測(cè)量�；诮Y(jié)構(gòu)調(diào)制型超長(zhǎng)周期π相移光纖光柵進(jìn)行雙參數(shù)傳感特性研究,測(cè)試不同應(yīng)變變化下溫度靈敏度,得到測(cè)試溫度和應(yīng)變交叉靈敏度相關(guān)性。4、基于結(jié)構(gòu)調(diào)制型超長(zhǎng)周期光纖光柵構(gòu)成四種復(fù)合結(jié)構(gòu)的模式干涉儀,首先分析了四種結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理,并利用四種復(fù)合結(jié)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)了溫度和應(yīng)變的同時(shí)測(cè)量。根據(jù)所用儀器的規(guī)格,利用平均靈敏度系數(shù)計(jì)算出溫度和應(yīng)變的分辨率。
[Abstract]:With the rapid development of fiber grating manufacturing industry, the fabrication of novel fiber gratings has become a hot spot in this field. Structural modulation fiber gratings have the advantages of flexible fabrication, good thermal stability, no hydrogen carrier, etc. In this paper, based on the local coupling mode theory, the theoretical model of SULPG has been established, and the SULPG has been fabricated experimentally. The sensing characteristics of structurally modulated ultra-long period fiber gratings are discussed. Based on the fusing technique, a novel structure modulated type 蟺 phase shift fiber grating based on tapered fiber is proposed. Combined with the characteristics of modulated ultra-long period fiber grating, four kinds of mode interferometers with different structures are constructed, and the sensing measurement of two parameters is realized by using spectral characteristics. The main contents of this paper are as follows: 1, based on the local coupling mode theory, The mode distribution and transmission characteristics of SULPG are analyzed, and the spectral characteristics of direct tapered SULPG and tapered SULPG on cone are analyzed in detail, as well as the coupling coefficient distribution of core and cladding modes. The variation of refractive index distribution and mode distribution with the geometric deformation region of fiber. 2. Two kinds of SULPG writing systems are completed by using melt taping technique. The fiber gratings are formed by periodically modulating the fiber core and cladding geometry structure. The traditional idea that fiber Bragg gratings can only be formed in the core is changed. In addition, the temperature, strain and bending of the fiber grating are carried out by using the direct tapered SULPG and the tapered SULPG on the cone. Measurement of torsional and refractive index sensing properties. Experimental study on the sensing characteristics of these two structures, The average sensitivity of the external environment can be improved by reducing the tapered waist diameter of the tapered fiber. Based on the tapered fiber, a structured modulated ultra-long-period 蟺 phase-shifted fiber grating with high temperature and strain sensitivity is designed. The fabrication process is simple and flexible. The position and length of the phase shift can be precisely controlled. Furthermore, using the wavelength and amplitude of the sensor, different responses to temperature and strain can be obtained. The temperature and strain can be measured simultaneously in four ways. Based on the structural modulation type 蟺 -phase shifted fiber grating with extra long period, the two-parameter sensing characteristics are studied, and the temperature sensitivity under different strain changes is tested. The correlation between the cross sensitivity of temperature and strain is obtained. Based on the mode interferometer which is composed of four kinds of composite structures based on structurally modulated ultra-long period fiber gratings, the formation mechanism of the four structures is analyzed. The simultaneous measurement of temperature and strain is realized by using four kinds of composite structures, and the resolution of temperature and strain is calculated by using the average sensitivity coefficient according to the specifications of the instruments used.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212;TN253

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