本文關(guān)鍵詞：級聯(lián)光柵雙模激發(fā)機理研究

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【摘要】：用光纖光柵設(shè)計的傳感器具有抗腐蝕、抗電磁干擾、測量范圍廣、絕緣性優(yōu)良等優(yōu)點。而級聯(lián)的光纖光柵更是表現(xiàn)出了比單個光纖光柵更廣泛的應用前景,已經(jīng)成為了近年來眾多學者研究的熱點。本文在深入研究布拉格光纖光柵(FBG)、長周期光纖光柵(LPFG)的基礎(chǔ)上,對LPFG與FBG的級聯(lián)結(jié)構(gòu)(LPFG-FBG級聯(lián)光柵)進行了仿真模擬,并對基于LPFG-FBG級聯(lián)光柵的濃度與溫度的測量進行了系統(tǒng)的研究,實現(xiàn)了可以解決溫度交叉敏感問題的折射率傳感系統(tǒng)。具體如下:首先,介紹了光纖光柵的一些基本情況包括光纖光柵的發(fā)展、分類以及在傳感方面的應用,并且對光纖光柵的有效折射率、模場分布、耦合特性等進行了數(shù)學分析。此外探討了光纖光柵常見的理論分析方法耦合模理論和傳輸矩陣法,為LPFG-FBG級聯(lián)光柵的建模和仿真奠定了理論基礎(chǔ)和數(shù)學支撐。其次,詳細討論了光纖光柵的各參數(shù)特性,包括周期、柵長、包層半徑對光纖光柵的具體影響,并且對長周期光纖光柵折射率傳感特性進行了詳細的討論。為LPFG-FBG級聯(lián)光柵的參數(shù)優(yōu)化與折射率傳感特性的研究起到了引導作用。再次,在傳輸矩陣法的理論基礎(chǔ)上,對LPFG-FBG級聯(lián)光柵進行了建模和仿真,并且仿真分析了FBG、LPFG和間隔光纖三部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)對級聯(lián)光柵反射譜的影響以及LPFG-FBG級聯(lián)光柵的折射率傳感特性。最后,通過與實驗室刻制完成的LPFG-FBG級聯(lián)光柵傳輸譜對比發(fā)現(xiàn)基于傳輸矩陣理論仿真的級聯(lián)光柵反射譜與實驗結(jié)果能夠很好地吻合。之后利用刻制好的LPFG-FBG級聯(lián)光柵搭建了實驗平臺,完成了溫度與折射率的測量實驗,實驗證明LPFG-FBG級聯(lián)光柵能夠?qū)崿F(xiàn)溫度補償。
【關(guān)鍵詞】：傳輸矩陣法 級聯(lián)光柵 建模仿真 折射率傳感 溫度補償
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 光纖光柵概述10-12
• 1.1.1 光纖光柵的分類10-11
• 1.1.2 光纖光柵的發(fā)展11
• 1.1.3 光纖光柵在傳感領(lǐng)域中的應用11-12
• 1.2 課題研究的背景意義與國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 研究的背景與意義12-13
• 1.2.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排14-15
• 第2章 光纖光柵理論分析研究15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 光纖模型15
• 2.3 光纖光柵的數(shù)值分析15-23
• 2.3.1 階躍型光纖導模15-17
• 2.3.2 階躍型光纖包層模17-21
• 2.3.3 纖芯基模和包層模的耦合21-23
• 2.4 光纖光柵的理論分析23-28
• 2.4.1 耦合模理論23-25
• 2.4.2 傳輸矩陣法25-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 光纖光柵折射率傳感特性研究29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 LPFG透射譜特性29-34
• 3.2.1 光柵長度對透射譜的影響29-30
• 3.2.2 光柵周期對透射譜的影響30-31
• 3.2.3 包層半徑對透射譜的影響31-34
• 3.3 FBG反射譜特性34-38
• 3.3.1 光柵長度對反射譜的影響34-35
• 3.3.2 光柵周期對反射譜的影響35-36
• 3.3.3 包層半徑對反射譜的影響36-38
• 3.4 LPFG折射率敏感特性分析38-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 LPFG-FBG級聯(lián)光柵的數(shù)值分析與參數(shù)優(yōu)化42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 LPFG-FBG級聯(lián)結(jié)構(gòu)的數(shù)值仿真42-47
• 4.2.1 LPFG-FBG的級聯(lián)結(jié)構(gòu)與耦合機制42-43
• 4.2.2 應用傳輸矩陣法對LPFG-FBG結(jié)構(gòu)的理論分析43-47
• 4.3 LPFG-FBG級聯(lián)結(jié)構(gòu)光譜特性47-52
• 4.3.1 LPFG結(jié)構(gòu)參數(shù)特性47-49
• 4.3.2 FBG結(jié)構(gòu)參數(shù)特性49-52
• 4.3.3 間隔光纖參數(shù)特性52
• 4.4 LPFG-FBG級聯(lián)光柵的折射率傳感特性52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 LPFG-FBG級聯(lián)光柵傳感特性研究55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 LPFG與FBG的傳感機理55-58
• 5.2.1 溫度傳感機理55-57
• 5.2.2 折射率傳感機理57-58
• 5.3 LPFG-FBG級聯(lián)光柵溫度傳感特性58-60
• 5.3.1 實驗設(shè)備58
• 5.3.2 實驗過程與結(jié)果分析58-60
• 5.4 LPFG-FBG級聯(lián)光柵折射率傳感特性60-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果68-69
• 致謝69

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1 安飛;苑偉政;喬大勇;秦沖;;微型可編程光柵光譜模擬特性及其應用研究[J];傳感技術(shù)學報;2006年05期

2 劉莉;;光柵應用發(fā)展現(xiàn)狀[J];長沙大學學報;2009年05期

3 孫曉娟;;用納米印刷技術(shù)制備微機械和微流體金屬光柵器件[J];光機電信息;2009年02期

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本文編號：674599