長周期光纖光柵級聯(lián)及光纖級聯(lián)傳感特性研究.pdf

1、本文利用高頻CO2激光脈沖寫柵技術(shù)，在單模和保偏光纖上寫制兩個(gè)或三個(gè)不同周期的光纖光柵，建立了不同周期光纖光柵級聯(lián)的理論模型，并進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，不同周期的光纖光柵級聯(lián)，可有效引起纖芯與包層模式之間的耦合，并形成可用于高靈敏度、多參量感測的損耗峰。采用電弧放電方法，將單模、多模及保偏光纖熔接，實(shí)現(xiàn)了不同光纖級聯(lián)的新型調(diào)制方式，并將其應(yīng)用于溫度、應(yīng)變傳感以及調(diào)諧濾波。論文主要工作和研究成果如下:
　　1.基于耦

2、合模理論并結(jié)合傳輸矩陣法，從CO2激光脈沖對光纖包層折射率的調(diào)制機(jī)理出發(fā)，詳細(xì)分析了不同周期光纖光柵級聯(lián)結(jié)構(gòu)的模式耦合機(jī)理，推導(dǎo)出不同周期光纖光柵級聯(lián)的透射率數(shù)學(xué)關(guān)系式并對該表達(dá)式進(jìn)行分析計(jì)算。所做工作為設(shè)計(jì)并研制新型光纖光柵級聯(lián)傳感器奠定理論基礎(chǔ)。
　　2.利用高頻CO2激光脈沖寫柵技術(shù)，采用旋轉(zhuǎn)逐次曝光法，在單模光纖上互成120°角并以相同參數(shù)寫制長周期光纖光柵(LPG)級聯(lián)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用旋轉(zhuǎn)逐次曝光法寫制的不同雙周期及

3、三周期LPG級聯(lián)，均出現(xiàn)低損耗傳輸現(xiàn)象，即包層模能量重新耦合回纖芯模。該研究成果為分析高頻CO2激光脈沖成柵機(jī)理提供了一種新方法。
　　3.設(shè)計(jì)并在保偏光纖上寫制出不同周期LPG級聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了扭曲傳感和高靈敏度溫度傳感。研究結(jié)果表明:(1)沿順時(shí)針方向扭曲LPG級聯(lián)結(jié)構(gòu)，損耗峰幅度減小且諧振波長紅移;沿逆時(shí)針方向扭曲LPG級聯(lián)結(jié)構(gòu)，損耗峰幅度增大且諧振波長藍(lán)移。根據(jù)損耗峰幅度和諧振波長的變化，可實(shí)現(xiàn)扭曲方向和大小的同時(shí)感測;(2

4、)與單模光纖上寫制LPG級聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，設(shè)計(jì)的LPG級聯(lián)結(jié)構(gòu)具有更高的溫度靈敏度。
　　4.基于保偏光纖雙折射和光柵相消機(jī)理，設(shè)計(jì)并寫制出一種傾斜式、等周期的保偏LPG級聯(lián)結(jié)構(gòu)。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該級聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了折射率不敏感的溫度測量。該方案有效地解決了折射率與溫度傳感的交叉敏感性問題，特別適合工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中液體的溫度測量。
　　5.提出單模LPG和保偏LPG級聯(lián)結(jié)構(gòu)，率先將該級聯(lián)結(jié)構(gòu)與Sagnac干涉儀相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了溫度

5、和應(yīng)變雙參量傳感測量。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置的溫度靈敏度達(dá)-1.26nm/℃，應(yīng)變靈敏度為27pm/με。這種基于不同光纖的新型級聯(lián)結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)和研制雙參量、高靈敏度級聯(lián)式光纖光柵傳感器提供了新的實(shí)現(xiàn)方式。
　　6.提出一種新型的單模-多模-保偏光纖(SMP)級聯(lián)結(jié)構(gòu)，將該結(jié)構(gòu)內(nèi)置于Sagnac干涉環(huán)中，研制出一種可調(diào)諧梳狀濾波器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該濾波器光譜條紋隨溫度升高向短波方向線性漂移;調(diào)諧方向由SMP結(jié)構(gòu)、偏振控制器位置