應(yīng)用于液壓傳感的光子晶體光纖的研究.pdf

1、光子晶體光纖，又叫微結(jié)構(gòu)光纖，由于其在色散、高雙折射、高非線性、大模場面積、單模單偏振等方面有著很多優(yōu)異的特性，近年來受到廣泛的關(guān)注。由于光子晶體光纖展現(xiàn)了這些獨(dú)到的特性，它們在光纖傳感領(lǐng)域也有著越來越廣的應(yīng)用。本論文研究的主要內(nèi)容就是設(shè)計(jì)應(yīng)用于液壓傳感的光子晶體光纖，即研究和分析在液壓環(huán)境下光纖的力學(xué)和光學(xué)特性，設(shè)計(jì)具有高靈敏度的光子晶體光纖液壓傳感器，提出新型的液壓傳感方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。基于有限元方法來研究外部加上液壓后光纖內(nèi)部

2、應(yīng)力分布情況變化，從而得到光子晶體光纖橫截面各處折射率的變化情況，通過選取適當(dāng)?shù)哪Ｊ絹慝@得液壓與某些光學(xué)特性的關(guān)系，然后設(shè)計(jì)適用于液壓傳感的光子晶體光纖，基于光彈性效應(yīng)原理，采用有限元等方法，分析液壓情況下特定光纖的光學(xué)特性變化并掌握其規(guī)律，利用這些分析結(jié)果和規(guī)律來設(shè)計(jì)適用于液壓傳感的新型光纖，通過上述機(jī)理，我們設(shè)計(jì)了三種光子晶體光纖，同時對這幾種光子晶體光纖進(jìn)行了多方面的光學(xué)特性研究及他們的液壓傳感特性。論文的具體構(gòu)架分為以下幾個部分

3、:
　　第一章緒論，主要介紹了光纖的產(chǎn)生，分類，光子晶體光纖的原理及特性介紹，同時還對光子晶體光纖在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行介紹。
　　第二章主要介紹了光子晶體光纖數(shù)值模擬原理及其計(jì)算方法，同時也介紹了設(shè)計(jì)應(yīng)用于液壓傳感的光子晶體光纖所涉及的原理，包括光彈效應(yīng)及耦合模理論等。
　　第三章提出了一種新的傳感方案，即通過耦合模理論來研究光纖的傳感，設(shè)計(jì)了一種雙芯光子晶體光纖，通過設(shè)計(jì)兩個纖芯，使信號光在纖芯傳播的時候發(fā)生耦合，同

4、時外部加上液壓的情況下，模式耦合會發(fā)生變化，通過研究因?yàn)橐簤旱淖饔脤?dǎo)致輸出光譜的變化，得出了傳感的靈敏度情況，最后得到了該種光子晶體光纖的液壓傳感靈敏度約為3.47pm/MPa。
　　第四章第一節(jié)提出了一種應(yīng)用于液壓傳感的雙芯雙孔光子晶體光纖，這種光纖是對前一種光子晶體光纖的改進(jìn)，其橫截面中心是前一種光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，但是它的兩側(cè)還有兩個大的空氣孔用來增大液壓的靈敏度。當(dāng)我們?nèi)?0cm的該種光纖作為液壓傳感器，考慮液壓從0MPa

5、到500MPa時，通過計(jì)算研究可以得到了這種雙芯雙孔的光子晶體光纖的液壓靈敏度為32pm/MPa，比沒有加大孔情況下提高一個數(shù)量級。第二節(jié)中提出了第三種雙芯邊孔光子晶體光纖，該設(shè)計(jì)直接將兩個大孔與中間纖芯部分相鄰，這樣使得液壓引起的折射率變化更為明顯，我們?nèi)?cm的這種光纖作為液壓傳感器，其液壓傳感靈敏度達(dá)到110.8pm/MPa。
　　第五章是論文的總結(jié)與展望，介紹了本論文的主要成果及不足的地方，同時對于以后可以繼續(xù)做的工作進(jìn)行