新型長(zhǎng)周期光纖光柵特性研究.pdf

1、導(dǎo)師饒?jiān)平淌谑状伟l(fā)明了高頻CO2激光脈沖寫入長(zhǎng)周期光纖光柵的方法。該方法利用高頻脈沖的熱沖擊效應(yīng)，由于脈沖能量集中、單個(gè)脈沖加熱時(shí)間短、因此加熱效率高，能高效率高質(zhì)量地寫入低成本的長(zhǎng)周期光纖光柵。本文深入研究了該方法寫入的新型長(zhǎng)周期光纖光柵的特性并取得了一些創(chuàng)新性研究成果，主要工作和成果如下： 1、首次系統(tǒng)分析了CO2激光寫入的長(zhǎng)周期光纖光柵的形成機(jī)理，并把其歸結(jié)為殘余應(yīng)力釋放、密度變化、摻雜劑熱擴(kuò)散和熔融變形四個(gè)方面。詳細(xì)介

2、紹了高頻CO2激光脈沖寫入長(zhǎng)周期光纖光柵的方法，該方法寫入的光柵沒(méi)有熔融變形。分析了單側(cè)CO2激光加熱導(dǎo)致長(zhǎng)周期光纖光柵橫截面折射率分布的不均勻性。 2、詳細(xì)闡述了長(zhǎng)周期光纖光柵的耦合模理論并提出了個(gè)人的見(jiàn)解，運(yùn)用設(shè)定平均有效折射率調(diào)制(-δn)eff而不是設(shè)定kL值的方法進(jìn)行了透射譜的模擬計(jì)算，以便更加直觀地理解長(zhǎng)周期光纖光柵的實(shí)際寫入過(guò)程。 3、研究了高頻CO2激光脈沖寫入的長(zhǎng)周期光纖光柵的溫度和軸向應(yīng)變特性。諧振波

3、長(zhǎng)隨溫度和軸向應(yīng)變線性變化，透射峰幅值隨軸向應(yīng)變線性減小但對(duì)溫度不敏感。定量分析表明諧振波長(zhǎng)的溫度和軸向應(yīng)變靈敏度及其變化方向與光纖類型、模式耦合的階次等因素有關(guān)。提出了在包層外涂一層折射率隨溫度變化的涂覆層或運(yùn)用軸向應(yīng)變特性降低諧振波長(zhǎng)的溫度敏感性的方法。 4、在國(guó)際上獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了高頻CO2激光脈沖寫入的長(zhǎng)周期光纖光柵的彎曲特性具有明顯的彎曲方向相關(guān)性——圓周360°范圍存在兩個(gè)諧振波長(zhǎng)(透射峰幅值)對(duì)彎曲最敏感的方向和兩個(gè)諧振

4、波長(zhǎng)(透射峰幅值)對(duì)彎曲最不敏感的方向；在諧振波長(zhǎng)和透射峰幅值對(duì)彎曲比較敏感的圓周方向，諧振波長(zhǎng)隨彎曲線性‘藍(lán)’移，透射峰幅值隨彎曲線性減小。利用耦合模理論合理解釋了該長(zhǎng)周期光纖光柵獨(dú)特的彎曲特性。設(shè)計(jì)了可徹底解決交叉敏感問(wèn)題的彎曲不敏感的傳感器，不僅可以測(cè)量彎曲曲率而且可以判別彎曲方向的彎曲傳感器和可調(diào)增益均衡器。提出了利用彎曲效應(yīng)降低諧振波長(zhǎng)的溫度靈敏度和通過(guò)消除彎曲引起的軸向應(yīng)變效應(yīng)從而提高彎曲測(cè)量精度的方法。 5、在國(guó)際

5、上首次了發(fā)現(xiàn)高頻CO2激光脈沖寫入的長(zhǎng)周期光纖光柵諧振波長(zhǎng)的扭曲特性具有明顯的扭曲方向相關(guān)性——順時(shí)針扭曲時(shí)諧振波長(zhǎng)線性‘紅’移，逆時(shí)針扭曲時(shí)諧振波長(zhǎng)線性‘藍(lán)’移，無(wú)論順時(shí)針還是逆時(shí)針扭曲損耗幅值都近似線性減小。在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)若被扭曲的光纖比被扭曲的光柵長(zhǎng)得多，則其諧振波長(zhǎng)和幅值的變化將出現(xiàn)周期性起伏。利用扭曲引起圓雙折射進(jìn)而導(dǎo)致偏振態(tài)變化的相關(guān)理論合理解釋了該長(zhǎng)周期光纖光柵獨(dú)特的扭曲特性。設(shè)計(jì)了不僅可以直接測(cè)量扭曲率而且可以判別扭曲

6、方向的扭曲傳感器，提出了利用扭曲特性降低長(zhǎng)周期光纖光柵偏振相關(guān)性的方法。 6、在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)了高頻CO2激光脈沖寫入的長(zhǎng)周期光纖光柵諧振波長(zhǎng)的橫向負(fù)載特性具有明顯的負(fù)載方向相關(guān)性，圓周0°～180°范圍內(nèi)存在一個(gè)諧振波長(zhǎng)線性‘紅’移最敏感的方向和一個(gè)線性‘藍(lán)’移最敏感的方向以及兩個(gè)對(duì)橫向負(fù)載不敏感的方向。損耗峰幅值隨橫向負(fù)載線性減小但其靈敏度的方向相關(guān)性較弱。不同圓周方向的橫向負(fù)載對(duì)諧振波長(zhǎng)偏振相關(guān)性的影響的差異較大，但橫向負(fù)