長周期光纖光柵傳感器研究.pdf

1、長周期光纖光柵傳感器是近年來發(fā)展最為迅速的新型光纖無源器件之一。由于長周期光纖光柵是一種透射型光纖光柵，無后向反射，因此在傳感測量系統(tǒng)中不需要使用隔離器；同時由于長周期光纖光柵的周期相對較長，滿足相位匹配條件的是同向傳輸?shù)睦w芯基模和包層模之間的耦合，這一特點導(dǎo)致了長周期光纖光柵的諧振波長和幅值對外界環(huán)境的變化非常敏感。因此它具有比布拉格光纖光柵更高的溫度，彎曲，應(yīng)力及折射率靈敏度。同時它具有動態(tài)測量范圍寬、不受電磁干擾、本質(zhì)防暴、耐腐蝕

2、、重量輕、體積小，易于復(fù)用等系列優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)實時在線傳感測量，特別適用于強磁場、高輻射、腐蝕性等危險大的環(huán)境中。長周期光纖光柵與布拉格光纖光柵的工作機理是不同的，二者工作機理的不同決定了它們各異的性能及應(yīng)用。 本論文的研究工作主要圍繞長周期光纖光柵的工作機理及其傳感特性展開論述。這些內(nèi)容主要有： 1.較為詳細地介紹了光纖光柵及傳感器的發(fā)展歷程、分類。 2.較為詳細的介紹了長周期光纖光柵的形成機理及其

3、在傳感和通信領(lǐng)域的應(yīng)用。 3.對長周期光纖光柵的特性進行分析發(fā)現(xiàn)：一，隨著光波向長波方向移動，纖芯有效折射率近似線性減??；纖芯半徑和包層折射率變大，纖芯有效折射率隨之變大。二，隨光波向長波方向移動及包層模式次數(shù)的增加，包層模式的有效折射率減??；纖芯半徑的變化對包層模式的有效折射率的影響較?。坏鼘影霃降淖兓瘜Π鼘幽Ｊ降挠行д凵渎实挠绊懞軇×?。三，光纖參數(shù)的變化會引起透射譜峰值的大小及位置的變化和損耗峰的分裂。四，耦合系數(shù)在短波區(qū)

4、對纖芯半徑的變化較敏感，在長波區(qū)對包層半徑的變化較敏感。 4.詳細研究了長周期光纖光柵的折射率傳感，溫度傳感和軸向應(yīng)力傳感特性。在此基礎(chǔ)上，提出了一種將溫度和應(yīng)力及在包層外面涂覆薄膜相結(jié)合在一起以提高長周期光纖光柵的溫度靈敏度方案、及其補償通信中長周期光纖光柵溫度敏感性的方案并對上述方案進行了詳細的理論分析和數(shù)值計算。 5. 對三包層長周期光纖光柵理論做初步的探討。推導(dǎo)出纖芯、包層、薄膜層、環(huán)境層的場分布表達式，利用數(shù)值