本文關(guān)鍵詞：微結(jié)構(gòu)光纖光柵及光纖馬赫—曾德干涉儀的傳感特性研究

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【摘要】：微結(jié)構(gòu)光纖(Microstructured Fiber,MSF),又稱光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber,PCF)或多孔光纖(Holy Fiber,HF),具有靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和獨(dú)特的波導(dǎo)特性,是與常規(guī)光纖有著顯著區(qū)別的新型特種光纖,在光纖通信、光纖傳感及光纖激光器等領(lǐng)域引起研究者的廣泛關(guān)注,成為光纖技術(shù)研究的熱點(diǎn)。把微結(jié)構(gòu)光纖、光纖光柵和干涉技術(shù)相結(jié)合,從而提高光纖傳感器的性能及豐富光纖傳感器的種類。長周期光纖光柵是一種重要的模式耦合傳感器,光柵將纖芯能量耦合到包層模式中,滿足共振條件從而產(chǎn)生共振損耗峰,把長周期光纖光柵刻寫在微結(jié)構(gòu)光纖中,可提高光纖傳感器的分辨率及傳感性能。本文研究高頻二氧化碳激光器在全固態(tài)光子帶隙光纖上刻寫長周期光纖光柵的傳感特性;利用模式耦合理論(Optic Grating)模擬長周期光纖光柵的周期長度與共振峰的關(guān)系;用800 nm飛秒激光在單模光纖、柚子型微結(jié)構(gòu)光纖上刻寫長周期光纖光柵,并分析了其應(yīng)變和溫度傳感特性;另外對這種柚子型微結(jié)構(gòu)光纖的兩端錯位熔接單模光纖構(gòu)造馬赫-曾德干涉儀,并對其傳感特性進(jìn)行研究。本論文的主要內(nèi)容如下:(1)概述光纖傳感器的概念及分類,詳細(xì)介紹了利用有限元分析(FEM)軟件Comsol Multiphysics對微結(jié)構(gòu)光纖進(jìn)行理論建模分析及求解模式的步驟。(2)研究一種由高頻二氧化碳脈沖激光器在全固態(tài)光子帶隙光纖上刻寫長周期光纖光柵的傳感特性。理論模擬及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種光纖的模場分布及帶隙特征。光柵的共振波長為1335.76 nm,插入損耗(Insert loss)為~5.5 d B,共振峰的調(diào)制深度為~15 d B,3d B帶寬寬度為2.6nm。實(shí)驗(yàn)研究這種光柵對應(yīng)變、環(huán)境折射率、溫度及扭曲的響應(yīng)特性。(3)研究飛秒激光脈沖刻寫長周期光纖光柵的特性,利用模式耦合理論(Optic Grating)模擬長周期光纖光柵,分析光柵周期與共振峰的關(guān)系,并利用800 nm飛秒激光在單模光纖上刻寫長周期光纖光柵,理論模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。在柚子型微結(jié)構(gòu)光纖上刻寫長周期光纖光柵,周期為250μm時,得到光柵第三階高階模的共振波長為1449.4 nm;插入損耗為1.397 d B;條紋對比度為11.36 d B;光柵的3 d B帶寬為3.87 nm。當(dāng)刻寫周期為230μm時,得到光柵共振波長為1325.8 nm,與在單模光纖上刻寫LPFG的規(guī)律一致。實(shí)驗(yàn)對周期為250μm的長周期光柵進(jìn)行傳感實(shí)驗(yàn)研究,得到應(yīng)變靈敏度為-1.88 pm/με,溫度靈敏度為0.267 pm/℃。該光柵具有較低的溫度響應(yīng),因此可以降低應(yīng)變傳感中溫度引起的交叉敏感。(4)研究由柚子型微結(jié)構(gòu)光纖兩端錯位熔接單模光纖構(gòu)造光纖馬赫-曾德干涉儀的一維微彎曲傳感特性。利用FEM模擬這種光纖的模場分布和色散特性,及實(shí)驗(yàn)研究不同長度的微結(jié)構(gòu)光纖構(gòu)造的馬赫-曾德干涉儀的光譜特性,理論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種干涉儀由LP01和LP11模式干涉所產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)觀察長度為3.4 cm的馬赫-曾德干涉儀對微彎曲、溫度與環(huán)境折射率的傳感特性,得到1513.67 nm處的干涉峰的0度和180度方向微彎曲靈敏度分別為0.441 nm/m-1和-0.754 nm/m-1;溫度靈敏度在1513.67 nm波長處為-8.9pm/℃。對0度和180度方向彎曲方向的溫度串?dāng)_分別為2.02?10-2 m-1/℃和1.18?10-2m-1/℃。而環(huán)境折射率的變化導(dǎo)致該干涉儀干涉峰的響應(yīng)較低,因此,在測量中可以降低微彎曲傳感中溫度與環(huán)境折射率引起的交叉敏感。
【關(guān)鍵詞】：光纖傳感 微結(jié)構(gòu)光纖 長周期光纖光柵 馬赫-曾德干涉儀
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.3;TN253
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 光纖傳感器的分類10-14
• 1.2 光纖傳感器研究狀況14-17
• 1.2.1 光纖光柵15-16
• 1.2.2 光纖馬赫-曾德干涉儀16-17
• 1.3 本論文的主要內(nèi)容17-18
• 第2章 微結(jié)構(gòu)光纖及有限元分析方法簡介18-24
• 2.1 微結(jié)構(gòu)光纖簡介18-19
• 2.2 有限元分析方法簡介19-22
• 2.3 本章小結(jié)22-24
• 第3章 全固態(tài)光子帶隙光纖的長周期光纖光柵傳感特性24-40
• 3.1 全固態(tài)光子帶隙光纖(AS-PBGF)的特性24-28
• 3.2 高頻CO2激光刻寫LPFG的特性28
• 3.3 高頻CO2激光刻寫AS-PBGF-LPFG的特性28-30
• 3.4 AS-PBGF-LPFG傳感特性研究30-38
• 3.4.1 AS-PBGF-LPFG的應(yīng)變特性30-33
• 3.4.2 AS-PBGF-LPFG的折射率特性33-36
• 3.4.3 AS-PBGF-LPFG的溫度特性36-37
• 3.4.4 AS-PBGF-LPFG的扭曲特性37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第4章 飛秒激光刻寫GMF-LPFG及其傳感特性40-56
• 4.1 飛秒激光微加工的特點(diǎn)40-42
• 4.2 飛秒激光微加工系統(tǒng)及光柵刻寫程序42-44
• 4.3 飛秒激光刻寫LPFG的特性44-49
• 4.4 飛秒激光刻寫GMF-LPFG的特性49-52
• 4.5 GMF-LPFG的應(yīng)變與溫度傳感特性研究52-55
• 4.6 本章小結(jié)55-56
• 第5章 柚子型微結(jié)構(gòu)光纖馬赫-曾德干涉儀56-66
• 5.1 柚子型微結(jié)構(gòu)光纖馬赫-曾德干涉儀的結(jié)構(gòu)及制作56-57
• 5.2 柚子型微結(jié)構(gòu)光纖馬赫-曾德干涉儀的光譜分析57-60
• 5.3 柚子型微結(jié)構(gòu)光纖馬赫-曾德干涉儀的傳感特性60-65
• 5.3.1 光纖馬赫-曾德干涉儀的微彎曲特性60-63
• 5.3.2 光纖馬赫-曾德干涉儀的溫度特性63-64
• 5.3.3 光纖馬赫-曾德干涉儀的折射率特性64-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 第6章 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 主要工作的總結(jié)66
• 6.2 未來工作展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-76
• 致謝76-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果77-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間所獲獎勵79-80

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 唐成;盧祥林;吳慧娟;吳宇;饒?jiān)平?;具有視頻聯(lián)動功能的光纖圍欄周界入侵監(jiān)測系統(tǒng)[J];安防科技;2010年09期

2 李姍姍;吳慧娟;盧祥林;饒?jiān)平?王杰;;基于光纖傳感網(wǎng)技術(shù)的智能油田綜合監(jiān)測系統(tǒng)[J];安防科技;2011年08期

3 張麗萍;陳根祥;路慧敏;;幅度取樣光纖光柵拼接制作技術(shù)的分析與研究[J];半導(dǎo)體光電;2011年01期

4 鞠芳;馬昕;劉統(tǒng)玉;;DFB激光器振動解調(diào)系統(tǒng)溫度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)[J];半導(dǎo)體技術(shù);2010年08期

5 趙明富;黃德翼;羅彬彬;矯雷子;周斌;;光纖Bragg光柵倏逝波傳感器[J];重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年10期

6 劉琨;井文才;劉鐵根;賈大功;張紅霞;張以謨;;F-P可調(diào)諧光濾波器的非線性校正在動態(tài)應(yīng)變傳感中的應(yīng)用[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2008年07期

7 呂辰剛;張瑞峰;武星;葛春風(fēng);丁岳;;基于光纖光柵傳感網(wǎng)的根式沉井靜載實(shí)驗(yàn)研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2010年02期

8 胡玉瑞;唐源宏;李川;;光纖Bragg光柵流量傳感器[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2010年04期

9 常新龍;何相勇;周家丹;李明;;FBG傳感器在復(fù)合材料固化監(jiān)測中的應(yīng)用[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2010年05期

10 吳X;李川;李英娜;許曉平;許江淳;陳焰;;大應(yīng)變光纖Bragg光柵傳感器的研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2011年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 趙艷峰;曹敏;王達(dá)達(dá);李建發(fā);秦忠;;FBG傳感技術(shù)在變電站塔架應(yīng)變監(jiān)測中的應(yīng)用研究[A];2010年云南電力技術(shù)論壇論文集（文摘部分）[C];2010年

2 陳金明;湯立群;;光纖光柵頻譜和曝光特性研究[A];復(fù)合材料力學(xué)的現(xiàn)代進(jìn)展與工程應(yīng)用——全國復(fù)合材料力學(xué)研討會論文集[C];2007年

3 周巖;高楊;楊寧;;高壓開關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測技術(shù)綜述[A];中國儀器儀表學(xué)會第九屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

4 趙兵;張志利;仲啟媛;李洪才;;光纖光柵傳感技術(shù)在武器裝備檢測中的應(yīng)用[A];2008中國儀器儀表與測控技術(shù)進(jìn)展大會論文集（Ⅰ）[C];2008年

5 杜寧寧;閆衛(wèi)平;李宏;;光纖Bragg光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];第八屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

6 沙永忠;李盤文;;基于光纖光柵(FBG)傳感器的應(yīng)變測量技術(shù)研究[A];面向航空試驗(yàn)測試技術(shù)——2013年航空試驗(yàn)測試技術(shù)峰會暨學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王雪;雙芯長周期光纖光柵制備方法及特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

2 劉鵬;高效率泵浦耦合及光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2011年

3 程旭升;聚合物Bragg光纖光柵的制作及其傳感特性的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

4 劉榮梅;基于界面分析的光纖智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

5 黃紅梅;基于FBG光譜特性的結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

6 邵理陽;光纖光柵器件及傳感應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2008年

7 趙銘;分布布拉格反射單縱模光纖激光器研究[D];吉林大學(xué);2008年

8 羅建花;光纖光柵有源傳感技術(shù)的研究[D];南開大學(xué);2008年

9 易新華;智能內(nèi)窺鏡顯形系統(tǒng)研究[D];上海大學(xué);2008年

10 樊紅朝;基于光纖光柵的動態(tài)面形檢測和可視化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];上海大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭東歌;基于LPFGs氫敏探測器的研究[D];鄭州大學(xué);2010年

2 韓笑;OCDMA通信系統(tǒng)中地址碼的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

3 王秋玉;基于ARM-Cortex單片機(jī)的光纖布拉格光柵位移傳感器的設(shè)計(jì)[D];哈爾濱理工大學(xué);2010年

4 張麗萍;取樣光纖光柵拼接制作技術(shù)的研究[D];北京交通大學(xué);2010年

5 包玉龍;基于熒光強(qiáng)度比的光纖布拉格光柵溫度應(yīng)變傳感器[D];北京交通大學(xué);2010年

6 張從國;錐形光纖的理論研究[D];北京交通大學(xué);2011年

7 孫倩;單頻光纖激光器諧振腔的研究[D];北京交通大學(xué);2011年

8 田鵬飛;窄線寬摻鉺光纖激光器的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];北京交通大學(xué);2011年

9 安麗婧;基于光纖光柵的微波光子濾波器品質(zhì)因數(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2010年

10 張海亮;一種基于空心柱體結(jié)構(gòu)的光纖Bragg光柵下旋式同軸圓筒粘度儀[D];昆明理工大學(xué);2009年

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本文編號：1042700