本文關(guān)鍵詞：光子晶體光纖傳感技術(shù)的研究

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【摘要】：光子晶體光纖具有傳統(tǒng)光纖無法比擬的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和導(dǎo)光機(jī)制，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，其近年來已經(jīng)成為光纖傳感領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。本文針對光子晶體光纖，利用其獨(dú)特的導(dǎo)光機(jī)制和模式耦合理論，提出了三種不同結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖傳感器，并研究了這三種光子晶體光纖傳感器的應(yīng)用情況。本文主要研究內(nèi)容以及創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1、光子晶體光纖的基本特性研究：介紹了兩種光子晶體光纖的基本情況，并研究了光子晶體光纖與普通單模光纖的熔接參數(shù)和熔接損耗。全固光子帶隙光纖易與普通單模光纖熔接，，熔接損耗低至0.7dB；無截止單模光纖可以通過熔接機(jī)手動模式實(shí)現(xiàn)與普通單模光纖的熔接，熔接損耗為1.3dB。 2、分布式光子晶體光纖壓力傳感器：該傳感器是由一段全固光子帶隙光纖構(gòu)成的，全固光子帶隙光纖的末端鍍有反射率為99%的反射膜。通過分析壓力作用前后該傳感器的工作原理，發(fā)現(xiàn)該傳感器能夠同時測量壓力的大小和位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)壓力的分布式測量，對于8cm長的該傳感器來說，壓力點(diǎn)位置測量的誤差為±0.1cm，諧振波長的振幅與壓力大小成正比。 3、微小型光子晶體光纖高溫傳感器：該傳感器是由一段無截止單模光纖構(gòu)成的，利用光纖打磨技術(shù)可以控制傳感器的尺寸。通過分析溫度對該傳感器的影響發(fā)現(xiàn)，溫度會引起該傳感器干涉光譜的移動，通過測量諧振波長可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量。該傳感器可以采用兩種不同的方案進(jìn)行解調(diào)：第一種解調(diào)方案是基于雙波長功率探測來實(shí)現(xiàn)的，通過分析兩束不同波長的激光對溫度的響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)溫度的測量，可以測量的溫度上限為500℃，測量速度僅受電處理單元的限制，從而實(shí)現(xiàn)高速的溫度測量；第二種解調(diào)方案是基于線陣CCD微光譜儀來實(shí)現(xiàn)的，其通過分析干涉光譜對溫度的響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)溫度的測量，可以測量的溫度上限為1200℃，測量分辨率為10℃，可以提高溫度測量的精度。由于該傳感器在幾十到幾百個微米的尺寸上可測量較高的溫度，其可以實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)的高溫測量。通過分別利用該傳感器與其他傳感器測量電熱箱、電阻絲和電烙鐵的溫度，發(fā)現(xiàn)二者溫度測量結(jié)果一致，從而驗(yàn)證了該傳感器能夠?qū)囟冗M(jìn)行準(zhǔn)確地測量。通過將該傳感器用于引信橋絲的溫度測量中，可以看出該傳感器能夠有效的實(shí)現(xiàn)引信橋絲的溫度測量，測量結(jié)果受到了相關(guān)單位的認(rèn)可。 4、基于光子晶體光纖的溫度補(bǔ)償型Mach-Zehnder干涉儀：該干涉儀是由一段無截止單模光纖構(gòu)成的。通過分析溫度和應(yīng)變對該干涉儀的影響可知，溫度和應(yīng)變增加會引起其白光光譜向兩個相反的方向移動�；谠摳缮鎯x的這一特點(diǎn)，提出該干涉儀可以利用適當(dāng)?shù)姆庋b材料來實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了，該干涉儀的溫度特性和應(yīng)變響應(yīng)。通過測試該干涉儀在不同封裝材料下的效果發(fā)現(xiàn)，陶瓷封裝的該干涉儀溫度補(bǔ)償效果最佳，溫度穩(wěn)定性為1pm/℃。通過實(shí)驗(yàn)研究溫度補(bǔ)償效果與該干涉儀長度的關(guān)系，以陶瓷作為封裝材料，對于不同長度的該干涉儀，封裝后的溫度穩(wěn)定性并沒有明顯的變化，由此可見，陶瓷材料的封裝效果不會隨著干涉儀的長度發(fā)生變化。
【關(guān)鍵詞】：光子晶體光纖 光纖傳感器 壓力 溫度 應(yīng)變 溫度補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-32
• 1.1 本論文研究的目的和意義14-15
• 1.2 光子晶體光纖簡介15-21
• 1.2.1 分類16-17
• 1.2.2 特性17-19
• 1.2.3 應(yīng)用19-21
• 1.3 光子晶體光纖傳感技術(shù)的研究進(jìn)展21-28
• 1.3.1 干涉型光子晶體光纖傳感器22-24
• 1.3.2 光子晶體光纖光柵傳感器24-25
• 1.3.3 液體填充光子晶體光纖傳感器25-26
• 1.3.4 微納加工光子晶體光纖傳感器26-28
• 1.4 選題意義、研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)28-32
• 第2章 光子晶體光纖特性的研究32-38
• 2.1 研究背景32-33
• 2.2 光子晶體光纖的基本特性簡介33-34
• 2.3 光子晶體光纖與普通單模光纖的熔接實(shí)驗(yàn)34-36
• 2.4 小結(jié)36-38
• 第3章 分布式光子晶體光纖壓力傳感器38-49
• 3.1 研究背景38-39
• 3.2 制作過程39-40
• 3.3 工作原理40-43
• 3.4 實(shí)驗(yàn)和討論43-48
• 3.5 小結(jié)48-49
• 第4章 微小型光子晶體高溫傳感器及其在引信中的應(yīng)用49-100
• 4.1 研究背景49-57
• 4.1.1 溫度測量的研究背景49-50
• 4.1.2 引信橋絲溫度測量的研究背景50-57
• 4.2 傳感器的設(shè)計(jì)57-63
• 4.2.1 制作過程58-59
• 4.2.2 工作原理59-61
• 4.2.3 制作工藝61-63
• 4.3 解調(diào)方法63-72
• 4.3.1 基于功率探測的解調(diào)方法63-66
• 4.3.2 基于線陣 CCD 微型光譜儀的解調(diào)方法66-72
• 4.4 傳感器的應(yīng)用72-98
• 4.4.1 系統(tǒng)搭建72-74
• 4.4.2 溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)74-79
• 4.4.3 橋絲溫度測量試驗(yàn)79-88
• 4.4.4 電熱箱測溫實(shí)驗(yàn)88-90
• 4.4.5 電阻絲測溫實(shí)驗(yàn)90-96
• 4.4.6 電烙鐵溫度對比96-98
• 4.5 小結(jié)98-100
• 第5章 基于光子晶體光纖的溫度補(bǔ)償型 MACH-ZEHNDER 干涉儀100-109
• 5.1 研究背景100-101
• 5.2 制作過程101
• 5.3 工作原理101-104
• 5.4 實(shí)驗(yàn)和討論104-108
• 5.5 小結(jié)108-109
• 結(jié)論109-113
• 參考文獻(xiàn)113-124
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單124-125
• 致謝125

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：678910