【摘要】：以光纖傳感技術為基礎的光纖傳感網(wǎng)絡,具有傳輸速度快、傳輸距離遠和抗干擾能力強等優(yōu)勢,可滿足物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。全光纖光源、傳感器、調(diào)制器等關鍵器件是構建光纖傳感網(wǎng)絡的基礎,對它們進行研究有著不言而喻的重要性。但是,到目前為止,大多數(shù)全光纖器件都是基于普通光纖構建的,普通光纖單一的材料和光學特性使器件結(jié)構的尺寸、工作性能等各方面都受到限制。因而,設計并研究全光纖微結(jié)構器件對未來光纖傳感網(wǎng)絡的發(fā)展具有重要意義。本論文針對光纖傳感網(wǎng)絡發(fā)展的迫切需求,設計基于微納光纖、光子晶體光纖、復合光纖的多種全光纖微結(jié)構器件,并從理論、實驗和應用三個方面對這些器件進行研究,主要工作內(nèi)容包括：(1)開展了微納光纖斜8字結(jié)構的理論及應用研究：將微納光纖諧振結(jié)構和光學游標效應相結(jié)合,提出了微納光纖斜8字結(jié)構。以傳輸矩陣法為基礎進行了相應的數(shù)學建模和機理分析,并實驗驗證了它在高靈敏度折射率測量和單頻激光濾波兩方面的應用。實驗研究發(fā)現(xiàn),微納光纖斜8字結(jié)構的折射率靈敏度高達6523 nm/RIU,測量精度可低至1.52×10-7RIU；基于微納光纖斜8字結(jié)構濾波的單頻激光器輸出激光的邊模抑制比可達57 dB。(2)開展了微納光纖0結(jié)構的理論及應用研究：設計了具備透射／反射兩種輸出形式的微納光纖θ結(jié)構,分析了該結(jié)構的光譜濾波特性和色散特性。理論分析結(jié)果表明,該結(jié)構可產(chǎn)生類電磁感應透明效應,且通過調(diào)節(jié)耦合效率、耦合損耗和腔長,可實現(xiàn)不同的濾波和光速控制功能。實驗結(jié)果表明,微納光纖0結(jié)構在欠耦合和過耦合狀態(tài)下分別實現(xiàn)了梳狀濾波和帶通阻濾波,且實現(xiàn)了從快光-60ps到慢光160ps的可調(diào)諧群延時調(diào)控。進一步地,將微納光纖0結(jié)構與FFPI級聯(lián)產(chǎn)生游標效應,并利用這一復合結(jié)構實現(xiàn)了靈敏度從131.77 nm/RIU到2460.07 nm/RIU寬范圍可調(diào)諧的折射率傳感,以及波長可溫控切換的單頻激光出射。(3)開展了選擇性填充光子晶體光纖的傳感理論及應用研究：分析了選擇性甘油填充光子晶體光纖結(jié)構的溫度傳感機理,模擬計算和實驗驗證了液芯位置對溫度靈敏度的影響。結(jié)果表明,液芯到纖芯的距離對光子晶體光纖的模式種類無影響,但是與溫度傳感靈敏度成反比。(4)開展了復合光纖模間干涉結(jié)構的傳感理論及應用研究：基于多模-單模-多模復合光纖模間干涉結(jié)構設計了光纖體應變傳感器,并進行了相應的理論分析與實驗驗證。結(jié)果表明,體應變大小和諧振波長漂移量之間存在著平方根的關系,在測量范圍0～1300με的范圍內(nèi),體應變傳感靈敏度約為3.93 pm/με,測量遲滯性小于2.1%。將單模-雙芯-單模復合光纖模間干涉結(jié)構應用于彎曲傳感,實現(xiàn)了溫度不敏感的曲率測量,靈敏度是-4.31 nm/m-1。論文遵循基礎理論——模擬仿真——實驗驗證的研究思路,在結(jié)構設計、機理研究、實驗結(jié)果等方面均取得了創(chuàng)新成果。本論文的研究成果不僅對該領域研究人員的相關工作具有科學指導意義,同時在光纖傳感網(wǎng)絡技術中具有重要的實用意義和廣闊的應用前景。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN253

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本文編號：2291149