【摘要】：磁場傳感發(fā)展至今,傳統(tǒng)的磁場傳感器易受電磁干擾等影響,而基于光纖的光學磁場傳感器利用光信號傳輸,具有體積小、重量輕、結構簡單,且不受電磁干擾影響的特點,在磁場探測領域展現(xiàn)出了一定的應用前景。隨著光纖制作技術的發(fā)展,傾斜光纖光柵以其獨特的光學傳感特性,獲得了學術人員的廣泛研究。本文的主要創(chuàng)新點及研究內容如下:(1)研究了傾斜光纖光柵的結構和纖芯模在不同傾斜角范圍內的相位匹配條件,得出不同模式的諧振波長。同時根據(jù)光纖包層與外界環(huán)境折射面的條件,計算出纖芯模在不同耦合方式下的臨界角。并且仿真了傾斜角θ,折射率調制深度?neff,光柵長度L以及光柵周期P這四個參數(shù)對傾斜光纖光柵的光譜特性的影響。(2)根據(jù)傾斜光纖光柵的光譜特性選擇合適的參數(shù),通過分析傾斜光纖光柵的透射譜特性來研究傾斜光纖光柵的折射率傳感特性。首先解決折射率傳感過程中應變、溫度因素對傾斜光纖光柵透射譜的影響,在應變測量范圍0με~2000με,溫度測量范圍-50℃~150℃的前提下,利用雙參數(shù)法同時測量應變和溫度,確定雙參數(shù)二維方程中的4個系數(shù),解決應變和溫度的交叉敏感。其次考慮應變和溫度的靈敏度、纖芯模和包層模的耦合效率、帶寬檢測等因素,選擇傾斜角為4°的傾斜光纖光柵研究折射率傳感特性。分析了當透射譜波長檢測精度在0.01nm時,環(huán)境折射率變化在1~1.4的范圍下,各個模式下諧振波長與外界環(huán)境折射率的關系,通過檢測諧振波長來確定外界環(huán)境折射率。最后考慮到傾斜光纖光柵的傾斜角在實際制造過程中可能會發(fā)生微小偏移,因此研究了微小角度(0.1°)變化對傾斜光纖光柵傳感特性的影響。(3)根據(jù)磁流體的折射率可調諧特性,利用郎之萬函數(shù)方程,仿真外界磁場與磁流體折射率的關系。在以上的基礎上,將小角度傾斜光纖光柵對外界環(huán)境折射率的敏感特性與磁流體的折射率可調諧特性結合,設計了一種基于小角度傾斜光纖光柵和磁流體的光學磁場傳感器,將磁流體作為小角度傾斜光纖光柵的外界環(huán)境介質,通過檢測傾斜光纖光柵的包層模的諧振波長實現(xiàn)了磁場的檢測。
【學位授予單位】：上海師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN253;TP212
【圖文】：

上海師范大學碩士學位論文 第 2 章 傾斜光纖光柵的理論基礎第 2 章 傾斜光纖光柵的理論基礎2.1 傾斜光纖光柵的結構傾斜光纖光柵和布拉格光纖光柵本質上是相同類型的光纖光柵，普通布拉格光纖光柵和傾斜光纖光柵的差別就在于光纖軸向和光柵垂直面間的夾角θ是否為0°，如果θ=0°，這就是布拉格光纖光柵，不然則是傾斜光纖光柵[59]。圖 2-1 是傾斜光纖光柵的結構圖，其中沿光纖的方向被設定為 x 軸，垂直于光柵的方向被設定為 x'軸，θ是 x 軸和 x'軸之間的夾角，Λg是光柵沿著 x'軸方向的周期，Λ是光柵沿著 x 軸方向的周期，即有效周期，它們的關系如公式(2-1)所示[59]：cos g (2-1)

其中沿光纖的方向被設定為 x 軸，垂直于光柵的，θ是 x 軸和 x'軸之間的夾角，Λg是光柵沿著 x'軸方向的周期方向的周期，即有效周期，它們的關系如公式(2-1)所示[59]：cos g 圖 2-1 傾斜光纖光柵的結構圖光在傾斜光纖光柵里的傳輸方式[60]如圖 2-2 所示。因為光纖軸存在傾斜角，前向傳輸?shù)睦w芯模會耦合成后向傳輸?shù)睦w芯模、定的角度范圍內會耦合成輻射模。

傳感特性等[69-71]，45°傾斜光纖光柵經常被應用為激光器傾斜光纖光柵對溫度敏感性低，常被用來與有機物結合研究傾斜光纖光柵的耦合模式和透射譜性質。光纖光柵傾斜角θ在不同臨界角θa、θb范圍時有著不同的前向傳輸?shù)睦w芯模耦合成后向傳輸?shù)睦w芯模和包層模，θb時，光纖中的雙折射效應較強，對光譜影響較大，所θa時的小角度傾斜光纖光柵的透射光譜特性進行模擬仿角θ、折射率調制深度 neff、光柵長度 L 以及光柵周期 譜變化的影響。度傾斜光纖光柵的模式耦合斜光纖光柵來說，因為其光纖軸向與光柵垂直方向有夾入射光進入傾斜光纖光柵之后，會具有不同的耦合方斜光纖光柵的透射譜圖都不同，并且比較復雜，不同的耦合方式。

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