磁光光纖Bragg光柵磁場傳感特性研究.pdf

1、光纖光柵(FiberGrating)作為光子研究領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，極大地拓寬了光纖技術(shù)的應(yīng)用范圍。目前，以布拉格光纖光柵(FBG-FiberBraggGrating)為傳感器件的傳感器已成為研發(fā)主流。本文以磁光光纖Bragg光柵為研究對象，對其光譜特性及其在傳感方面的應(yīng)用進行了研究，對磁光光纖Bragg光柵在光信息處理方面的其它應(yīng)用作出了展望。本文的工作如下： 1.在耦合模理論和磁光學(xué)的理論基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了磁光光纖Bragg光柵

2、的耦合模方程，該方程可用于研究磁光光纖Bragg光柵的傳輸特性。通過建立的仿真模型進行研究，結(jié)果表明在線偏光輸入時，在外加磁場作用下，由于法拉第磁光效應(yīng)產(chǎn)生了模式轉(zhuǎn)換光，其透射譜中帶隙會隨磁場的增加而分裂，出現(xiàn)兩條尖銳的譜線，譜線的波長間隔隨外加磁場的增加而增加。以此為基礎(chǔ)設(shè)計了基于磁光光纖Bragg光柵的磁場傳感器。 2.分析了光柵的參數(shù)，如Bragg波長和材料的磁光系數(shù)等對傳感器的靈敏度、動態(tài)范圍的影響。發(fā)現(xiàn)增加Bragg波

3、長不但可以提高傳感器靈敏度，而且可以增加傳感器動態(tài)范圍；選擇磁光系數(shù)高的材料制作磁光纖光柵傳感器可以提高傳感器的靈敏度，但是卻會減小傳感器的動態(tài)范圍。當(dāng)外界溫度的變化，只會使尖銳譜線在光譜上發(fā)生平移，其光譜的相對位置并不會發(fā)生改變，所以這種磁場傳感器具有溫度不敏感性。為了提高傳感器的動態(tài)范圍，還研究了圓偏振光輸入情況下的光譜情況，發(fā)現(xiàn)利用左旋和右旋圓偏振光的反射譜同樣可以進行磁場傳感。只是圓偏振光反射譜線的精細度沒有線偏光輸入時的尖銳譜

4、線高，但是利用圓偏振光進行傳感沒有動態(tài)范圍的限制。 3.研究了適用于磁光光纖光柵傳感器的信號解調(diào)檢測方法--偏振相關(guān)損耗(PDL)檢測方法。包括光柵參數(shù)如光柵長度、折射率調(diào)制深度對PDL的影響，不同光柵長度下能測量磁場的動態(tài)范圍，分析了波長漂移測量方法和偏振相關(guān)損耗測量方法的測量靈敏度和實用性以及偏振相關(guān)損耗方法對溫度的敏感性。 4.磁光光纖光柵的特點在于其磁光可控的靈活性，在光信息處理的其它領(lǐng)域也可以有應(yīng)用。對磁光光纖