基于多模干涉光纖結(jié)構(gòu)的光纖激光傳感特性研究.pdf

1、由于汽車(chē)工業(yè)、航天軍事、電力系統(tǒng)、石油勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)、建筑檢測(cè)等多方面的諸多需求，傳感器技術(shù)引起各國(guó)學(xué)者和專(zhuān)家越來(lái)越廣泛的關(guān)注。隨著光纖器件的價(jià)格越來(lái)越低廉，種類(lèi)越來(lái)越繁多，光纖通信技術(shù)越來(lái)越成熟，在二十世紀(jì)七十年代末發(fā)展起來(lái)一門(mén)不同于傳統(tǒng)的全新的傳感器技術(shù)，即光纖傳感技術(shù)。光纖傳感系統(tǒng)由于其重量輕，體積小，功耗低，隔離電磁干擾和遙控操作方便，而被廣泛應(yīng)用于溫度、應(yīng)力、濕度、位置、震動(dòng)、聲學(xué)、電、磁、生化等方面的傳感測(cè)量。而基于多模干涉

2、效應(yīng)（Multimode Interference,MMI）的單模-多模-單模（SMS）光纖結(jié)構(gòu)可用于濾波、傳感和信號(hào)處理，這種光學(xué)器件提供了具有多優(yōu)勢(shì)的全光纖解決方案，其易制造、易包裝、易于與其它光纖相連接的優(yōu)勢(shì)使其在傳感領(lǐng)域被普遍地研究和應(yīng)用。因光纖激光器的輸出激光能夠得到較高的分辨率和靈敏度，可以改善SMS光纖傳感的效果，因此本文將多模干涉光纖結(jié)構(gòu)與光纖激光器相結(jié)合，從理論、模擬和實(shí)驗(yàn)上分析基于SMS光纖結(jié)構(gòu)的光纖激光傳感特性。<

3、br>　　本文的主要研究工作如下：
　?。?）敘述了本文的研究背景和意義，概述了基于多模干涉效應(yīng)的光纖傳感結(jié)構(gòu)和光纖激光傳感技術(shù)的研究現(xiàn)狀。
　　（2）從理論上闡述了SMS光纖結(jié)構(gòu)中的多模干涉效應(yīng)，并從色散方程出發(fā)推導(dǎo)了SMS光纖結(jié)構(gòu)的輸出波長(zhǎng)表達(dá)式。從這個(gè)表達(dá)式出發(fā)進(jìn)一步分析了SMS光纖結(jié)構(gòu)的濾波特性以及溫度、縱向應(yīng)變和外界環(huán)境折射率的傳感響應(yīng)機(jī)理。
　?。?）基于光束傳播分析法，利用Rsoft軟件對(duì)SMS光纖結(jié)構(gòu)中

4、多模光纖內(nèi)光場(chǎng)分布及其濾波特性進(jìn)行了仿真模擬，并分別模擬了多模光纖長(zhǎng)度、纖芯直徑、包層折射率對(duì)SMS光纖結(jié)構(gòu)光輸出特性的影響，從理論上論述了SMS光纖結(jié)構(gòu)可用于溫度、應(yīng)變、折射率等方面的傳感及監(jiān)測(cè)。
　　（4）理論上分析了基于SMS結(jié)構(gòu)的光纖激光器的輸出特性，并利用MATLAB進(jìn)一步模擬了摻鉺光纖長(zhǎng)度、摻鉺濃度、耦合比和SMS光纖結(jié)構(gòu)干涉極大值中心波長(zhǎng)對(duì)激光輸出特性的影響，為后文中光纖激光傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試提供了理論基礎(chǔ)。

5、
　?。?）設(shè)計(jì)并制作了基于SMS光纖結(jié)構(gòu)的環(huán)形腔摻鉺光纖激光傳感系統(tǒng)，搭建了溫度、應(yīng)變、折射率和微彎傳感實(shí)驗(yàn)裝置。分別開(kāi)展了溫度、縱向應(yīng)變、折射率和微彎等方面的傳感特性實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)基于SMS光纖結(jié)構(gòu)的光纖激光系統(tǒng)的傳感特性進(jìn)行了討論，分析了不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異及優(yōu)缺點(diǎn)，并總結(jié)了相關(guān)傳感規(guī)律。取得的部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：基于SMS光纖結(jié)構(gòu)的光纖激光傳感系統(tǒng)的溫度傳感靈敏度是13.24pm/oC，縱向應(yīng)變傳感靈敏度是1.29pm/με，折