復(fù)合型光纖干涉器件及其特性研究.pdf

1、光纖器件因其具有極高的靈敏度，抗電磁干擾，以及耐高溫、耐腐蝕、質(zhì)量輕、傳輸帶寬等優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。從單一功能到復(fù)雜功能，從簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)到復(fù)合結(jié)構(gòu)，從單芯光纖到多芯光纖成為光纖器件的發(fā)展趨勢(shì)?；诠饫w器件的發(fā)展現(xiàn)狀本文提出了幾種光纖干涉器件及一種產(chǎn)生自加速光束的全光纖器件。
　　首先提出一種基于雙芯光纖的集成式Michelson-FP復(fù)合型光纖干涉儀。通過將集成于一根雙芯光纖內(nèi)的Michelson干涉儀、毛細(xì)管和單模光纖熔

2、接制作平行雙F-P腔，實(shí)現(xiàn)雙芯光纖Michelson干涉與雙F-P干涉的復(fù)合。將光纖光譜儀采集到的干涉光譜使用FFT提取所需低頻和高頻信號(hào)，再由空間濾波和FFT逆變換處理，得到F-P干涉光譜和Michelson干涉光譜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該結(jié)構(gòu)的復(fù)合干涉儀實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變和彎曲的同時(shí)測(cè)量，靈敏度分別達(dá)到了15.2pm/με和1.333nm/m-1。
　　首次基于單模光纖-多模光纖-單模光纖（Single-mode-Multimode-Singl

3、e-mode，SMS）結(jié)構(gòu)的單模光纖（Single-mode fiber，SMF）Michelson模式干涉儀的折射率傳感特性，分析不同模式干涉與折射率靈敏度的關(guān)系，通過不同長(zhǎng)度多模光纖（Multimode fiber，MMF）的 SMS結(jié)構(gòu)的Michelson干涉儀的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證折射率靈敏度的正負(fù)。當(dāng)纖芯模和低階包層模之間發(fā)生干涉時(shí)，折射率靈敏度為負(fù)，當(dāng)纖芯模式與高階包層模之間或者兩個(gè)包層模之間干涉時(shí)，折射率靈敏度為正。
　　提出一

4、種基于中空環(huán)形芯光纖（Hollow annular core fiber，HACF）的結(jié)構(gòu)緊湊型光纖Mach-Zehnder（M-Z）干涉儀，這種M-Z干涉儀是在兩段較短MMF之間熔接一段短的HACF制作而成，傳輸?shù)目諝饪坠馐c HACF的環(huán)形芯中傳輸?shù)墓庑纬筛缮?。該干涉儀的透射光譜干涉谷的波長(zhǎng)對(duì)溫度敏感，但對(duì)彎曲不敏感；而透射光譜干涉條紋對(duì)比度對(duì)曲率敏感，但對(duì)溫度不敏感；干涉谷的波長(zhǎng)和對(duì)比度對(duì)外部折射率均不敏感；因此可以實(shí)現(xiàn)溫度和彎曲

5、的同時(shí)測(cè)量。溫度在30～100℃之間范圍內(nèi)該干涉儀的溫度靈敏度是30pm/℃，彎曲從0.555m-1到5.405m-1變化范圍內(nèi)干涉條紋對(duì)比度最大變化為32.4dB。
　　提出一種基于毛細(xì)管光纖（Optical fiber tube，OFT）的半開放腔式光纖M-Z干涉儀，可用于制作高靈敏度的溫度傳感器，該干涉儀通過兩段較短的MMF之間橫向錯(cuò)位熔接一段 OFT制作而成。在M-Z干涉儀的OFT空氣腔中填充乙醇或者蒸餾水，沿著石英管壁傳

6、輸?shù)墓馐c液體中傳輸?shù)墓馐纬蒑-Z干涉。由于乙醇的熱光系數(shù)大，當(dāng)空氣腔中填充乙醇時(shí)該干涉儀溫度靈敏度達(dá)到了7.17nm/℃，該溫度靈敏度比其他基于光柵或者模態(tài)干涉的溫度傳感器的靈敏度高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　提出一種產(chǎn)生橫向自加速類貝塞爾光束的全光纖器件，仿真和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)了該光束的橫向自加速特性，并實(shí)現(xiàn)光束對(duì)粒子的光學(xué)捕獲及非直線搬運(yùn)應(yīng)用。該器件通過錯(cuò)位熔接SMF和MMF激發(fā)產(chǎn)生類貝塞爾光束，通過在光纖端微型的球形透鏡調(diào)制輸出光束