基于模間干涉和Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)的混合干涉型光纖傳感器的研究.pdf

1、基于模間干涉和Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)的混合干涉型光纖傳感器除了具有一般光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)外，還具有靈敏度高、對(duì)光源要求低等優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)高溫、濕度、曲率、折射率、位移、磁場(chǎng)等多種物理參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量，是目前國(guó)內(nèi)外光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。
　　模間干涉型光纖傳感器是采用不同種類(lèi)的光纖進(jìn)行對(duì)心熔接或者同種光纖進(jìn)行錯(cuò)位熔接而成，實(shí)現(xiàn)不同模式光間的干涉。當(dāng)外界環(huán)境參數(shù)如溫度、應(yīng)變等變化作用在光纖上時(shí)，會(huì)導(dǎo)致干涉圖樣與沒(méi)有環(huán)境擾動(dòng)時(shí)的干涉圖

2、樣有所不同，通過(guò)測(cè)量輸出的干涉光譜的變化規(guī)律，就可以解調(diào)出外界環(huán)境參數(shù)及其變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)傳感功能。模間干涉型光纖傳感器本身同時(shí)充當(dāng)了傳感臂和參考臂的角色，具有結(jié)構(gòu)更緊湊，光路簡(jiǎn)單，對(duì)光源要求低，功耗小，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前模間干涉型光纖傳感器還存在靈敏度不夠高、模間干涉形成的干涉波形消光比較低等不足，這些問(wèn)題直接限制了此類(lèi)傳感器的實(shí)際應(yīng)用。因此，對(duì)如何提高模間干涉?zhèn)鞲衅鞯难苌鋱D樣的消光比，以及設(shè)計(jì)更高靈敏度的模間干涉結(jié)構(gòu)來(lái)彌補(bǔ)此類(lèi)

3、傳感器的缺陷的研究具有非常重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。
　　本文將從模間干涉的基本理論及傳感原理入手，對(duì)如何提高模間干涉?zhèn)鞲衅鬏敵龅母缮鎴D樣的消光比、提高傳感器的靈敏度、構(gòu)造新型傳感器方面進(jìn)行了研究，提出將單模-保偏-單模(SPS)、單模-多模-保偏-單模(SMPS)及單模-多模-保偏-多模-單模(SMPMS)的模間干涉結(jié)構(gòu)引入到Sagnac環(huán)之中，有效提高了傳感器的消光比和靈敏度。
　　主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)設(shè)計(jì)和實(shí)

4、現(xiàn)了融合了單模-保偏-單模(SPS)結(jié)構(gòu)與Sagnac環(huán)、融合單模錯(cuò)位結(jié)構(gòu)和Sagnac環(huán)的兩類(lèi)混合干涉型光纖傳感器，理論和實(shí)驗(yàn)研究了構(gòu)成Sagnac環(huán)的耦合器分光比對(duì)這兩類(lèi)傳感器干涉圖樣的影響，研究表明，Sagnac環(huán)中引入SPS結(jié)構(gòu)和單模錯(cuò)位結(jié)構(gòu)，均能提高傳感器干涉圖樣的消光比和傳感器的靈敏度。
　　(2)對(duì)基于SPS結(jié)構(gòu)和Sagnac環(huán)的混合干涉型光纖傳感器的溫度和應(yīng)變特性，以及SPS結(jié)構(gòu)中保偏光纖的長(zhǎng)度對(duì)傳感器應(yīng)變和溫度靈

5、敏度的影響進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，保偏光纖長(zhǎng)度對(duì)傳感器的應(yīng)變靈敏度影響不大，實(shí)驗(yàn)測(cè)得由不同長(zhǎng)度保偏光纖構(gòu)成的傳感器的應(yīng)變靈敏度都保持在21pm/με左右;但是，保偏光纖的長(zhǎng)度對(duì)傳感器的溫度特性有較大影響，當(dāng)保偏光纖取15cm時(shí)，傳感器獲得1.63 nm/℃的最大溫度靈敏度。
　　(3)對(duì)基于SPS結(jié)構(gòu)和Sagnac環(huán)混合干涉型光纖傳感器的應(yīng)變與溫度的相互串?dāng)_進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此類(lèi)傳感器的溫度與應(yīng)變串?dāng)_不明顯

6、，在34℃、36℃、38℃、40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃和52℃十個(gè)不同溫度環(huán)境下，此類(lèi)傳感器的應(yīng)變靈敏度都保持在21pm/με左右;在400με、800με、1200με、1600με、2000με、2400με、2800με和3200με八個(gè)不同應(yīng)變作用下，此類(lèi)傳感器的溫度靈敏度維持在1.63 nm/℃左右。
　　(4)為了進(jìn)一步提高傳感器的測(cè)量靈敏度，設(shè)計(jì)了融合了單模-多模-保偏-單模(SMPS)結(jié)構(gòu)與Sa