光纖Bragg光柵特性的研究.pdf

1、本文對(duì)光纖Bragg光柵的相關(guān)理論進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要內(nèi)容包括：光纖光柵的耦合模理論，光波在光纖Bragg光柵和長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)的傳輸特性，光纖Bragg光柵和長(zhǎng)周期光纖光柵的物理特性和傳感原理，應(yīng)力和溫度的交叉敏感等。本論文的研究工作對(duì)理解光纖光柵的物理機(jī)制及發(fā)展新型光纖光柵傳感器件具有重要意義。 首先，對(duì)光纖光柵傳感器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了回顧和展望。簡(jiǎn)單介紹了光纖的光敏性。系統(tǒng)論述了光纖光柵的各種制作方法并

2、比較了各種制作方法的優(yōu)缺點(diǎn)。按照理想波導(dǎo)模展開(kāi)法推導(dǎo)了模式耦合方程。利用耦合模理論研究了光波在光纖光柵中的傳播規(guī)律，并依據(jù)耦合模理論研究了光纖Bragg光柵和長(zhǎng)周期光纖光柵的傳輸響應(yīng)特性，對(duì)光纖光柵的反射譜進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，同時(shí)分析了光纖光柵的折射率調(diào)制深度和光柵長(zhǎng)度L與光纖光柵特性之間的關(guān)系。 其次，在分析光纖Bragg光柵Fabry-Perot(F-P)腔特征的基礎(chǔ)上，提出光纖Bragg光柵F-P濾波器的物理模型。利用傳輸矩陣

3、法對(duì)基于光纖Bragg光柵的F-P濾波器的光譜特性進(jìn)行詳細(xì)分析和討論，并研究了光柵長(zhǎng)度、折射率調(diào)制深度以及F-P腔長(zhǎng)對(duì)濾波器反射和傳輸特性的影響。根據(jù)光纖Bragg光柵F-P腔的相位諧振條件推導(dǎo)了光纖光柵F-P腔腔長(zhǎng)與光纖光柵常數(shù)之間的關(guān)系。同時(shí)，采用多層膜分析方法對(duì)復(fù)合Bragg光纖光柵進(jìn)行理論分析和數(shù)值計(jì)算。通過(guò)多層膜分析方法詳細(xì)研究了復(fù)合Bragg光纖光柵的反射特性與光纖光柵的參數(shù)之間的關(guān)系。并且還對(duì)兩光柵之間的關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行了分析

4、，為解決交叉敏感問(wèn)題提供依據(jù)。 然后，系統(tǒng)研究了光纖Bragg光柵和長(zhǎng)周期光柵對(duì)溫度及應(yīng)變的傳感機(jī)理。得出光纖Bragg光柵的應(yīng)變和溫度傳感模型。通過(guò)對(duì)光纖的彈光效應(yīng)、光纖周期的伸縮、熱光效應(yīng)、熱膨脹效應(yīng)的分析得出了光纖光柵的應(yīng)變靈敏度和溫度靈敏度。進(jìn)一步對(duì)它們?cè)趥鞲袦y(cè)量過(guò)程中進(jìn)行了詳細(xì)的分析。研究表明，光纖Bragg光柵和長(zhǎng)周期光柵的諧振波長(zhǎng)隨溫度和軸向應(yīng)變線性變化，并且長(zhǎng)周期光纖光柵的溫度和應(yīng)變靈敏度不僅與纖芯參數(shù)和光柵周期