基于雙芯光子晶體光纖的干涉測量技術(shù)研究.pdf

1、雙芯光子晶體光纖是近些年發(fā)展起來的新型微結(jié)構(gòu)光纖,憑借獨(dú)特的雙導(dǎo)光纖芯結(jié)構(gòu),其在光纖傳感領(lǐng)域占據(jù)著一席之地。本文利用雙芯光子晶體光纖(Dual-Core Photonic Crystal Fiber)傳感單元,研究其傳感理論和特性,實(shí)驗(yàn)研究DC-PCF彎曲和溫度傳感特性,并基于該光纖的自混頻效應(yīng),研究其應(yīng)用于流場顆粒速度測量的可行性。
　　首先,本文研究了雙芯光子晶體光纖的相干合成機(jī)理,在確保雙芯光子晶體光纖出射光為單模的前提下,

2、從理論和實(shí)驗(yàn)上分析了干涉條紋的形成原理,結(jié)果表明干涉條紋是在干涉效應(yīng)和衍射效應(yīng)交織作用下產(chǎn)生的。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了雙芯光子晶體光纖的橫向耦合效應(yīng),結(jié)果表明,DC-PCF的兩纖芯存在一定的橫向耦合,且兩纖芯出射的光功率并非恒定相等。
　　其次,由于DC-PCF具有類似于Mach-Zehnder式干涉儀的獨(dú)特結(jié)構(gòu),探索了雙芯光子晶體光纖進(jìn)行各種物理量傳感的可能性,本文分別對彎曲傳感和溫度傳感進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在彎曲測量實(shí)驗(yàn)中,得到了光

3、纖彎曲角度與出射光相位變化量曲線,該曲線線性度達(dá)到0.9968,這一結(jié)果驗(yàn)證了理論分析,即雙芯光子晶體光纖中傳輸光的相位差改變量d?與光纖兩端和曲率中心形成的夾角改變量d?成正比。然后,從實(shí)驗(yàn)上探究了DC-PCF對溫度的傳感特性,分別進(jìn)行了筆直DC-PCF段和彎曲DC-PCF段的升溫實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,DC-PCF之所以能進(jìn)行溫度傳感,是因?yàn)楣饫w彎曲時(shí),兩纖芯受溫度場作用時(shí)產(chǎn)生的相位差不相等。在光纖處于圈狀時(shí),DC-PCF的溫度傳感曲線

4、具有極高的線性度,達(dá)到0.9988,此時(shí),DC-PCF的溫度靈敏度為1.023×104rad/m·℃。
　　最后,基于雙芯光子晶體光纖的自混頻效應(yīng),探索開發(fā)出一種新型的測量微粒流速的檢測系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)LDV系統(tǒng),基于DC-PCF的LDV系統(tǒng)的干涉區(qū)域獨(dú)特,傳統(tǒng)定義上的控制體并不適用于此系統(tǒng),基于此,提出了“控制面”的說法。成功地搭建了基于DC-PCF的激光多普勒測速系統(tǒng),對運(yùn)動物體進(jìn)行了速度的測量與標(biāo)定,并分析了測量過程中造成頻