基于光子晶體光纖傳感系統(tǒng)的研究.pdf

1、自1996年光子晶體光纖(PCF)問世以來，在過去的十幾年里，光子晶體光纖在非線性光學、光電子學以及光通信等眾多領域取得了令人矚目的成就。光子晶體光纖理論分析和拉制方法不斷改進，各種新型結構和特性的光子晶體光纖也不斷涌現了出來，其中光子晶體光纖作為光纖光電子器件研究成為了焦點，尤其是基于光子晶體光纖的傳感器件研究在國內外備受關注。
　　本課題的研究內容主要來自于國家自然科學基金項目“基于高非線性光纖的新型光纖光學參量振蕩器”(61

2、007029)，浙江省公益性應用研究項目“基于新型光纖的液壓傳感技術研究”(2011C21038)和“乳品廠牛奶成分快速監(jiān)測與控制系統(tǒng)的開發(fā)”(2011 C22051)中的內容。本文提出了一種基于雙芯光子晶體光纖(DC-PCF)的干涉型傳感器，在對該光子晶體光纖傳感器的制作方法，傳感原理以及光學特性等內容的研究基礎上，重點進行了將該傳感器應用到液壓、應力以及分布式應力傳感的實驗研究上。主要研究內容如下:
　　1)雙芯光子晶體光纖傳

3、感器的制作。該傳感器所用到的雙芯光子晶體光纖是由我們光纖小組的老師和同學做了相關的設計和模擬工作，再與香港理工大學合作拉制出來的。在傳感器制作方面，通過改變相應熔接參數，我們成功的將一段光子晶體光纖的兩端與單模光纖熔接在了一起，在與寬帶光源(ASE)和光譜儀(OSA)連接后，得到了傳輸損耗8～10d，消光比6～8dB的馬赫曾德(M-Z)干涉譜圖，為接下來的傳感實驗打好了基礎。
　　2)基于雙芯光子晶體光纖傳感器液壓和應力實驗研究。

4、首先我們自行搭建了可調液壓范圍0～20MPa和微應力范圍0～1500με的液壓和微應力的傳感實驗系統(tǒng)，基于上述傳感器形成的馬赫曾德干涉，我們制作了干涉臂長度為2cm的雙芯光子晶體光纖傳感器，分別應用到液壓和微應力的實驗中，實驗獲得了干涉臂長度2cm時傳感器微應力靈敏度為1.4pm/με，液壓靈敏度為-41p m/MP。為了研究干涉臂長度對傳感器靈敏度的影響，我們對4cm的DC-PCF傳感器進行了微應力實驗，獲得1.9 pm/με的微應力

5、靈敏度，得到隨著干涉臂長度的增加傳感器的應力靈敏度會增大的結論。
　　3)基于雙芯光子晶體光纖傳感器分布式傳感系統(tǒng)的設計。我們根據傳感器所形成的M-Z干涉，提出了利用陣列波導光柵(AWG)波分復用的功能來實現分布式傳感，由于AWG各個通道中心波長會隨溫度變化而漂移，其漂移量約為10～1 pm/℃，干涉峰在0～15MPa的液壓下波峰漂移量為0.6nm，所以我們將多個雙芯光子晶體光纖傳感器與AWG相應的通道連接，通過計算機對AWG進行