基于传感光纤有效折射率调制的光纤传感器的研究和设计

摘要

伴随着光纤通信技术的发展和光子集成技术的兴起，光纤传感技术以其独特的技术特点，在诸多领域得到广泛应用。其设计灵活、灵敏度高、响应速度快、可适应许多恶劣测量环境等优势，弥补了传统传感器在应用中的诸多限制，极大地推动了传感技术的发展，满足了现代测量技术的需要。光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势，被国内外公认为最具有发展前途的高新技术之一。同时，由于光纤传感器在军用和民用市场中重要的应用价值，其研究和开发在世界范围内引起了高度的重视，各发达国家更是竞相研究开发各种新型的光纤传感器并引起了激烈的竞争。
　　 本文在对比分析传统光纤传感技术优缺点的基础上，突破传统的光纤传感技术，首次从理论和实验上探索并研究设计了一种基于传感光纤有效折射率调制的可应用于折射率/温度测量的全光纤传感系统。文中对系统的工作原理进行了详细地分析说明，并通过实验测量论证了此种光纤传感系统的可行性。该传感系统具有操作简单、价格低廉、解调方便等优点，可望在折射率和温度测试系统中得到广泛的实际应用。
　　 本文的主要工作以及创新之处如下：
　　 （1）系统地介绍了光纤传感器的发展历程、分类、国内外发展现状以及发展光纤传感器的意义。
　　 （2）研究和分析了本传感系统所用主要光学元器件的工作原理、基本结构和主要应用。包括放大的自发辐射（ASE）光源、阵列波导光栅（AWG）以及光纤布拉格光栅（FBG）等。
　　 （3）提出了一种基于熔融拉锥光纤的液体折射率传感系统。进行了详细地理论推导和实验数据分析，论证了该测试系统用于折射率测量的可行性。
　　 （4）基于传感光纤有效折射率对温度敏感的原理，探索并研究了一种基于传感光纤折射率调制的全光纤温度传感系统。介绍了系统的工作原理，分析和处理了实验数据，得出了探头长度与系统灵敏度和测量范围有关的结论，证实了该传感系统应用于温度测试的可行性。
　　 （5）对本文的工作内容进行了简要总结，同时也对光纤传感技术在这一研究领域的发展做了展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 光纤传感器的概念

1．2．1 光纤传感器的工作原理

1．2．2 光纤传感器的构成

1．3 光纤传感器的分类

1．3．1 根据光受被测对象的调制形式

1．3．2 根据光纤在传感器中的作用

1．4 光纤传感器的优点

1．5 光纤传感器的研究现状和发展方向

1．5．1 国外光纤传感器的研究现状

1．5．2 国内光纤传感器的研究现状

1．6 课题的提出和意义

1．7 本文的主要研究内容和创新点

第二章 光纤传感系统主要组成器件介绍

2．1 放大的自发辐射光源

2．1．1 掺铒光纤ASE光源的基本原理

2．1．2 宽带ASE光源的不同结构

2．1．3 掺铒光纤ASE光源的应用

2．2 阵列波导光栅AWG

2．2．1 AWG的结构

2．2．2 AWG的工作原理

2．2．3 AWG的应用

2．3 光纤Bragg光栅

2．3．1 FBG的结构和工作原理

2．3．2 FBG的应用

第三章 基于熔融拉锥光纤的液体折射率传感系统

3．1 理论分析

3．2 实验装置及工作原理

3．3 实验数据及分析

3．3．1 实验结果

3．3．2 灵敏度分析

3．3．3 稳定性测试

3．4 本章小结

第四章 基于传感光纤折射率调制的全光纤温度传感系统

4．1 多模干涉理论

4．2 实验装置及工作原理

4．3 实验数据及分析

4．3．1 实验结果

4．3．2 系统重复性、稳定性与分辨率分析

4．4 本章小结

第五章 论文工作总结与展望

参考文献

硕士期间所完成的论文

致谢