基于雙錐形光纖的多模干涉型光纖傳感器的研究.pdf

1、基于多模干涉的光纖傳感器因其不易受電磁場干擾、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、成本低、可適應(yīng)許多惡劣測量環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，正在被人們越來越廣泛地應(yīng)用。單模光纖-多模光纖-單模光纖(SMS)，這種結(jié)構(gòu)不但結(jié)構(gòu)簡單，而且機(jī)械穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度快。在SMS結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將中間的多模光纖拉錐后，將形成雙錐形多模干涉結(jié)構(gòu)(STMS)。由于拉錐后的雙錐形光纖段直徑極細(xì)，倏逝場強(qiáng)，在空氣中傳輸?shù)陌鼘幽Ｄ芰枯^多，對外界參量十分敏感，因此利用雙錐形多模干涉結(jié)構(gòu)

2、更有利于實(shí)現(xiàn)高靈敏度的傳感，可廣泛應(yīng)用于傳感、數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域，應(yīng)用潛力巨大。
　　本文在多模干涉理論和自映像效應(yīng)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了一種STMS結(jié)構(gòu)的光纖傳感器，并將其應(yīng)用于溫度和折射率傳感，主要進(jìn)行以下幾方面的工作:
　　(1)利用柱坐標(biāo)WA-BPM對多模干涉產(chǎn)生的光場進(jìn)行計算和仿真基于多模干涉的光纖傳感器，其內(nèi)部模場的計算十分復(fù)雜，現(xiàn)有的理論模型只能將其簡化為耦合系數(shù)最大的兩個模式之間的干涉。針對這種情況，本文采用了光束

3、傳播法（Beam Propagation Method，BPM）來進(jìn)行數(shù)值模擬。通過計算光纖內(nèi)部光場分布的數(shù)值解，得到其干涉譜，進(jìn)而研究周圍環(huán)境溫度和折射率的變化對干涉譜以及特征波長的影響，探討了該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)溫度及折射率傳感的可行性。本文利用WA-BPM方法，建立了一套計算多模干涉光場分布的完整方法，從而能夠由輸入光場和光纖結(jié)構(gòu)特性得到整個光纖的多模干涉光場分布情況。
　　(2)研究了一種基于多模干涉的單模-錐形多模-單模(STMS

4、)結(jié)構(gòu)的新型光纖溫度傳感器基于對單模-錐形多模-單模結(jié)構(gòu)(SMF-Tapered MMF-SMF Structure)的深入研究，本文提出了基于此結(jié)構(gòu)的新型光纖溫度傳感器，分析了其傳感原理及其靈敏度。基于BPM方法，利用Matlab語言建立了STMS結(jié)構(gòu)的仿真模型，獲得了多模干涉的光場分布，驗(yàn)證了BPM數(shù)值模擬方法的正確性，并利用該模型對STMS結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行了詳盡的仿真分析。另外，由于外界環(huán)境參量可以直接地作用于STMS結(jié)構(gòu)的內(nèi)部光場