结构调制型超长周期光纤光栅的制作及传感特性研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:aiminis
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随着光纤光栅制造业的快速发展,制作新型光纤光栅成为该领域的一个热点。结构调制型光纤光栅具有制备灵活、热稳定性好、无需载氢等特点,引起了该领域科研人员极大的兴趣。本文以结构调制型超长周期光纤光栅(SULPG)为切入点,从局域耦合模理论出发,建立了 SULPG的理论模型,在实验上完成了 SULPG的制备,对结构调制型超长周期光纤光栅的传感特性进行探讨。并在此基础上,基于熔拉技术提出了在锥形光纤上写制结构调制型超长周期π相移光纤光栅,结合调制型超长周期光纤光栅的特性构建了四种不同结构的模式干涉仪,利用光谱特性实现双参数的传感测量。论文的主要研究内容如下:1、基于局域耦合模理论,对SULPG的模式分布及传输特性进行分析,并详细的分析了直接拉锥型SULPG和锥上拉锥型SULPG的光谱特性,以及纤芯基模和包层模的耦合系数分布、折射率分布及模式分布随光纤几何形变区域的变化情况。2、利用熔融拉锥技术,完成了两种SULPG的写制,通过对光纤纤芯和包层几何结构周期性的调制形成光纤光栅,改变了以往光纤光栅只能在纤芯中形成的传统观念。此外,利用直接拉锥型SULPG和锥上拉锥型SULPG进行温度、应变、弯曲、扭转和折射率传感特性测试。通过对这两种结构的传感特性实验研究,可以通过减小锥形光纤的锥腰直径来提高外界环境的平均灵敏度。3、基于锥形光纤设计了具有较高温度和应变灵敏度的结构调制型超长周期π相移光纤光栅,制备工艺简单灵活,能够精确的控制引入相移的位置和长度。而且,利用此传感器的波长和幅值对温度和应变的不同响应,可以通过四种方式实现温度和应变的同时测量。基于结构调制型超长周期π相移光纤光栅进行双参数传感特性研究,测试不同应变变化下温度灵敏度,得到测试温度和应变交叉灵敏度相关性。4、基于结构调制型超长周期光纤光栅构成四种复合结构的模式干涉仪,首先分析了四种结构的形成机理,并利用四种复合结构分别实现了温度和应变的同时测量。根据所用仪器的规格,利用平均灵敏度系数计算出温度和应变的分辨率。
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