新型長周期光纖光柵傳感與濾波特性的研究.pdf

1、長周期光纖光柵是光纖傳感，光纖通信等領(lǐng)域最為重要的光無源器件之一。作為傳感器，長周期光纖光柵（LPFG）對(duì)外界折射率的變化很敏感。由于折射率傳感在生化應(yīng)用方面的重要性，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷、石油化工等方面，所以基于折射率傳感的光纖光柵生化探測(cè)技術(shù)正處于不斷深入的研究之中。本文以長周期光纖光柵為研究對(duì)象，首次提出了一種基于矩陣模型來計(jì)算包層外鍍有真正金屬薄膜的四層光纖光柵有效折射率及波譜特性的方法。與He等人的色散模型相比，該方法在推導(dǎo)和

2、理解上要簡單的多，可很容易拓展到更多層情況，并且計(jì)算時(shí)間也較短。在四層模型的理論計(jì)算中，包層模的有效折射率可能會(huì)激發(fā)表面等離子體現(xiàn)象，該現(xiàn)象會(huì)增加光柵的靈敏度。我們理論上詳細(xì)研究了鍍有納米量級(jí)厚度的金屬膜的長周期光纖光柵的波譜特性，解決了第二類貝塞爾在參數(shù)較大情況下不收斂的問題。利用這個(gè)模型和耦合模方程，我們可以計(jì)算任意厚度的鍍有金屬膜的長周期光纖光柵的波譜。此外，鍍有不同金屬厚度的光柵敏感度，即光柵諧振波長隨著外界媒介的折射率的改變帶

3、來的波長漂移，也能夠被定量計(jì)算出來。理論上發(fā)現(xiàn)，厚度不同的金屬膜對(duì)外界折射率的敏感度不同。在一定的金屬膜厚度條件下，光柵對(duì)折射率的敏感度要大于不鍍膜光柵的敏感度，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)金膜的厚度在20nm左右的時(shí)候最為敏感。如果設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)谋∧?fù)合材料折射率，長周期光纖光柵會(huì)發(fā)生表面等離子體現(xiàn)象，使光柵的折射率靈敏度成倍提高。
　　 作為通信器件，長周期位相光纖光柵由于其帶通濾波特性在全光纖激光器、光通信、光纖傳感領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。本文提出了基

4、于應(yīng)力的長周期光纖光柵可調(diào)諧帶通濾波器思想。采用CO2逐線燒制技術(shù)制作表面形變位相長周期光纖光柵帶通濾波器，與其他方法相比，該方法調(diào)制簡易、方便，容易把光斑調(diào)節(jié)到光纖包層表面。實(shí)驗(yàn)制作了基于應(yīng)力的可調(diào)諧帶通濾波器，定量討論了波長調(diào)諧范圍和光柵表面形變量的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)周期數(shù)為37，光柵長度為16.5mm的π位相光柵的調(diào)諧范圍可達(dá)10nm。在應(yīng)力調(diào)諧的過程中，帶通濾波器的帶寬和通帶的幅度幾乎不變，并且對(duì)溫度不敏感。這種應(yīng)力調(diào)諧的方法與溫度