長(zhǎng)周期光纖光柵傳感器研究.pdf

1、長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)量系統(tǒng)中不需要使用隔離器；同時(shí)由于長(zhǎng)周期光纖光柵的周期相對(duì)較長(zhǎng)，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(diǎn)導(dǎo)致了長(zhǎng)周期光纖光柵的諧振波長(zhǎng)和幅值對(duì)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(shí)它具有動(dòng)態(tài)測(cè)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(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)實(shí)時(shí)在線傳感測(cè)量，特別適用于強(qiáng)磁場(chǎng)、高輻射、腐蝕性等危險(xiǎn)大的環(huán)境中。長(zhǎng)周期光纖光柵與布拉格光纖光柵的工作機(jī)理是不同的，二者工作機(jī)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(zhǎng)周期光纖光柵的工作機(jī)理及其傳感特性展開論述。這些內(nèi)容主要有： 1.較為詳細(xì)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(xì)的介紹了長(zhǎng)周期光纖光柵的形成機(jī)理及其

3、在傳感和通信領(lǐng)域的應(yīng)用。 3.對(duì)長(zhǎng)周期光纖光柵的特性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：一，隨著光波向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，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(zhǎng)波方向移動(dòng)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(duì)包層模式的有效折射率的影響較??；但包層半徑的變化對(duì)包層模式的有效折射率的影響很劇烈。三，光纖參數(shù)的變化會(huì)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(duì)纖芯半徑的變化較敏感，在長(zhǎng)波區(qū)對(duì)包層半徑的變化較敏感。 4.詳細(xì)研究了長(zhǎng)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(zhǎng)周期光纖光柵的溫度靈敏度方案、及其補(bǔ)償通信中長(zhǎng)周期光纖光柵溫度敏感性的方案并對(duì)上述方案進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和數(shù)值計(jì)算。 5. 對(duì)三包層長(zhǎng)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(chǎng)分布表達(dá)式，利用數(shù)值