【摘要】：以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的光纖傳感網(wǎng)絡(luò),具有傳輸速度快、傳輸距離遠(yuǎn)和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),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(guān)鍵器件是構(gòu)建光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),對(duì)它們進(jìn)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(gòu)建的,普通光纖單一的材料和光學(xué)特性使器件結(jié)構(gòu)的尺寸、工作性能等各方面都受到限制。因而,設(shè)計(jì)并研究全光纖微結(jié)構(gòu)器件對(duì)未來(lái)光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重要意義。本論文針對(duì)光纖傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的迫切需求,設(shè)計(jì)基于微納光纖、光子晶體光纖、復(fù)合光纖的多種全光纖微結(jié)構(gòu)器件,并從理論、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用三個(gè)方面對(duì)這些器件進(jìn)行研究,主要工作內(nèi)容包括：(1)開(kāi)展了微納光纖斜8字結(jié)構(gòu)的理論及應(yīng)用研究：將微納光纖諧振結(jié)構(gòu)和光學(xué)游標(biāo)效應(yīng)相結(jié)合,提出了微納光纖斜8字結(jié)構(gòu)。以傳輸矩陣法為基礎(chǔ)進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)學(xué)建模和機(jī)理分析,并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了它在高靈敏度折射率測(cè)量和單頻激光濾波兩方面的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),微納光纖斜8字結(jié)構(gòu)的折射率靈敏度高達(dá)6523 nm/RIU,測(cè)量精度可低至1.52×10-7RIU；基于微納光纖斜8字結(jié)構(gòu)濾波的單頻激光器輸出激光的邊模抑制比可達(dá)57 dB。(2)開(kāi)展了微納光纖0結(jié)構(gòu)的理論及應(yīng)用研究：設(shè)計(jì)了具備透射／反射兩種輸出形式的微納光纖θ結(jié)構(gòu),分析了該結(jié)構(gòu)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(gòu)可產(chǎn)生類電磁感應(yīng)透明效應(yīng),且通過(guò)調(diào)節(jié)耦合效率、耦合損耗和腔長(zhǎng),可實(shí)現(xiàn)不同的濾波和光速控制功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,微納光纖0結(jié)構(gòu)在欠耦合和過(guò)耦合狀態(tài)下分別實(shí)現(xiàn)了梳狀濾波和帶通阻濾波,且實(shí)現(xiàn)了從快光-60ps到慢光160ps的可調(diào)諧群延時(shí)調(diào)控。進(jìn)一步地,將微納光纖0結(jié)構(gòu)與FFPI級(jí)聯(lián)產(chǎn)生游標(biāo)效應(yīng),并利用這一復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)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(zhǎng)可溫控切換的單頻激光出射。(3)開(kāi)展了選擇性填充光子晶體光纖的傳感理論及應(yīng)用研究：分析了選擇性甘油填充光子晶體光纖結(jié)構(gòu)的溫度傳感機(jī)理,模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了液芯位置對(duì)溫度靈敏度的影響。結(jié)果表明,液芯到纖芯的距離對(duì)光子晶體光纖的模式種類無(wú)影響,但是與溫度傳感靈敏度成反比。(4)開(kāi)展了復(fù)合光纖模間干涉結(jié)構(gòu)的傳感理論及應(yīng)用研究：基于多模-單模-多模復(fù)合光纖模間干涉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了光纖體應(yīng)變傳感器,并進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,體應(yīng)變大小和諧振波長(zhǎng)漂移量之間存在著平方根的關(guān)系,在測(cè)量范圍0～1300με的范圍內(nèi),體應(yīng)變傳感靈敏度約為3.93 pm/με,測(cè)量遲滯性小于2.1%。將單模-雙芯-單模復(fù)合光纖模間干涉結(jié)構(gòu)應(yīng)用于彎曲傳感,實(shí)現(xiàn)了溫度不敏感的曲率測(cè)量,靈敏度是-4.31 nm/m-1。論文遵循基礎(chǔ)理論——模擬仿真——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的研究思路,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)理研究、實(shí)驗(yàn)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(duì)該領(lǐng)域研究人員的相關(guān)工作具有科學(xué)指導(dǎo)意義,同時(shí)在光纖傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中具有重要的實(shí)用意義和廣闊的應(yīng)用前景。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN253

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐天華,劉鐵根,井文才,賈大功,劉麗娜;光纖布拉格光柵壓力增敏機(jī)構(gòu)[J];現(xiàn)代儀器;2005年04期

2 劉立;章鵬;吳俊;劉浩;;光纖布拉格光柵的熱致衰減研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年12期

3 王玉田,王遂,張玉艷,王莉田;用單光纖布拉格光柵實(shí)現(xiàn)應(yīng)力和溫度同時(shí)測(cè)量[J];自動(dòng)化與儀表;2001年04期

4 董興法,仲嘉霖,開(kāi)桂云,董孝義;雙反射峰光纖布拉格光柵調(diào)諧與傳感研究[J];傳感器技術(shù);2003年05期

5 劉麗輝,張偉剛,郭宏雷,曹曄,金龍,張昊,楊亦飛,趙啟大,開(kāi)桂云,董孝義;光纖布拉格光柵壓力增敏的實(shí)驗(yàn)研究[J];中國(guó)激光;2004年10期

6 涂勤昌,張偉剛,孫磊,董孝義;光纖布拉格光柵橫向應(yīng)變特性的研究[J];中國(guó)激光;2004年12期

7 張曉晶,武湛君,張博明,吳春濤,杜善義;光纖布拉格光柵溫度和應(yīng)變交叉靈敏度的實(shí)驗(yàn)研究[J];光電子·激光;2005年05期

8 朱四榮,譚敏峰,郭明金,宋顯輝,李卓球;光纖布拉格光柵的橫向效應(yīng)研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2005年09期

9 莫德舉;廖妍;傅偉錚;;光纖布拉格光柵溫度傳感實(shí)驗(yàn)特性研究[J];測(cè)控技術(shù);2006年03期

10 吳飛;李立新;李志全;;均勻光纖布拉格光柵橫向受力特性的理論分析[J];中國(guó)激光;2006年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李鴻強(qiáng);苗長(zhǎng)云;陳弘達(dá);習(xí)江濤;張誠(chéng);于曉剛;王瑞;張美玲;劉宏偉;;基于光纖布拉格光柵的智能服裝人體測(cè)溫模型研究[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集[C];2010年

2 武斌;李毅;胡雙雙;蔣群杰;;雙光纖布拉格光柵波長(zhǎng)鎖定器的設(shè)計(jì)與制備[A];2007年先進(jìn)激光技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2007年

3 馮瀟;茍怡;;光纖布拉格光柵稱重系統(tǒng)研究[A];中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦安全專業(yè)委員會(huì)2009年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

4 姜碧強(qiáng);趙建林;秦川;江維;樊帆;黃釗;;基于傾斜光纖布拉格光柵的濃度變化過(guò)程測(cè)量[A];2011西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

5 高慶;朱永;夏哲;張潔;陳偉民;;光纖布拉格光柵的通用組件化封裝與溫度調(diào)諧[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第六屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

6 竇小寧;葛海波;王平;;光纖布拉格光柵反射偏振相關(guān)損耗特性的研究分析[A];2013年（第五屆）西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2013年

7 宋民青;侯尚林;張保俠;黎鎖平;劉延君;;光子晶體光纖布拉格光柵慢光的研究[A];第十屆全國(guó)光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

8 姚海鳳;辛麗;宋瑛林;;級(jí)聯(lián)光纖布拉格光柵光譜特性[A];第二屆紅外成像系統(tǒng)仿真測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

9 趙耀;韓正英;高業(yè)勝;;高精度光纖布拉格光柵波長(zhǎng)測(cè)試系統(tǒng)[A];第十四屆全國(guó)光學(xué)測(cè)試學(xué)術(shù)討論會(huì)論文（摘要集）[C];2012年

10 張紀(jì)周;張晨;由靜;;光纖布拉格光柵應(yīng)變計(jì)在TBM掘進(jìn)中的監(jiān)測(cè)研究[A];和諧地球上的水工巖石力學(xué)——第三屆全國(guó)水工巖石力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 徐忠揚(yáng);微納光纖功能化的研究[D];清華大學(xué);2015年

2 金亮;高峰值功率脈沖主振蕩功率放大光纖激光系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2015年

3 陳珂;光纖IOFDR分布溫度傳感及多傳感器融合技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

4 張偉;光纖布拉格光柵應(yīng)變傳感系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2016年

5 黃馨月;基于薄芯光纖模式干涉的氨傳感器制備與傳感特性研究[D];重慶大學(xué);2016年

6 馮定一;新型光纖布拉格光柵傳感器研究[D];西北大學(xué);2016年

7 徐志林;全光纖微結(jié)構(gòu)器件的理論與應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2016年

8 羅海鵬;基于微納光纖模式耦合的高靈敏多參量傳感機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

9 田豐;微納光纖直寫(xiě)技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

10 呂昌貴;光纖布拉格光柵傳輸特性理論分析及其實(shí)驗(yàn)研究[D];東南大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 黃沛;光纖布拉格光柵動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的計(jì)算和分析[D];上海交通大學(xué);2008年

2 梁久燦;基于FBG的任意波形產(chǎn)生器及其梳狀光源的研究[D];天津理工大學(xué);2015年

3 王艷;基于FBG的動(dòng)態(tài)測(cè)試及其在人工皮膚中的初步應(yīng)用[D];山東大學(xué);2015年

4 劉程;基于光纖布拉格光柵的電鍍鎳應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)[D];江西師范大學(xué);2015年

5 付婷;帶溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w布拉格光柵壓力傳感器的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

6 牛文謙;應(yīng)用于能源領(lǐng)域的光纖光柵傳感器設(shè)計(jì)及其實(shí)驗(yàn)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

7 孫英明;基于啁啾調(diào)制信號(hào)的光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

8 竇金林;寬頻帶光纖聲波傳感技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2015年

9 吳雪梅;普通拉錐光纖及其優(yōu)化光纖環(huán)鏡濾波器特性研究[D];蘇州科技學(xué)院;2015年

10 佘駿寬;分布式傳感光纖與土體界面力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)研究[D];南京大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：2291149