级联长周期光纤光栅单色边缘滤波传感解调研究

摘要

光纤光栅在光纤通信、光纤传感和光信息处理等领域的应用非常重要。根据折射率调制周期的长短可以分为长周期光纤光栅和布拉格光纤光栅，由于长周期光纤光栅是同向传输的纤芯基模和包层模式之间的耦合，因此其谐振波长和损耗峰幅值对外界的温度、应力、折射率等因素的变化非常敏感，与布拉格光栅相比，长周期光栅的灵敏度更高，测量精度会更高;同时长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，没有后向反射，在传感测量系统中不需要使用隔离器。但长周期光纤光栅在传感方面的应用却远不如布拉格光栅，最主要的原因就是没有合适的解调技术，而且长周期光纤光栅具有较大的损耗峰带宽，目前对于长周期光纤光栅的研究主要是在实验室，研究出低成本，高性能的解调仪器是长周期光栅传感研究的重点。
　　本文对于长周期光纤光栅发展研究进行了大体的概括，从麦克斯韦波动方程出发，通过耦合模式理论对长周期光纤光栅进行分析研究，长周期光纤光栅是同向传输的模式之间进行耦合，推导了纤芯基模和包层模式在传输过程中的色散方程，讨论不同模式之间的耦合，光纤光栅的谐振波长等问题，利用MATLAB仿真出长周期光纤光栅透射谱。长周期光纤光栅对外界环境相对敏感，温度、应力等因素的变化都会引起纤芯导模或包层模式的有效折射率改变，或者是引起光栅周期的变化，从而透射谱就会发生变化，谐振波长发生偏移，损耗峰值也会产生变化。通过分析透射光谱的变化情况可以得到外界温度、应变等参量的变化，从而能够实现传感目的。针对长周期光纤光栅的传感特性，文章提出了一种基于级联长周期光纤光栅单色边缘滤波传感解调的方案，通过将滤波后的透射光强转化为光电探测器电压的大小，通过电压大小变化还原谐振波长漂移大小，此方案探测响应频率比较大，是一种可行的长周期光纤光栅传感解调方案。

目录

摘要

第一章 绪论

第二章 长周期光纤光栅刻制技术现状与发展趋势

2．1 CO2激光逐点写入法

2．2 掩模曝光法

2．3 腐蚀刻槽法

2．4 微透镜阵列法

2．5 离子束写入法

2．6 机械微弯法

第三章 长周期光纤光栅信号解调技术总结

3．1 基于F-P干涉扫描解调

3．2 基于阵列波导光栅AWG解调

3．3 边缘滤波传感解调

第四章 长周期光纤光栅理论分析

4．1 麦克斯韦波动方程

4．2 阶跃波导理诊分析

4．2．1 纤芯波导模式理论推导

4．2．2 模式特征分析

4．2．3 包层波导模式理论推导

4．3 模式场分布

4．4 耦合模理论分析

4．4．1 模式耦合方程推导

4．4．2 模间耦合常数分析

4．4．3 透射率和损耗率推导

4．4．4 透射谱损耗峰带宽计算

4．5 长周期光纤光栅透射谱计算仿真

第五章 长周期光纤光栅传感特性分析

5．1 波导色散因子

5．2 应变传感有效弹光系数分析计算

5．3 温度传感有效热光系数分析计算

第六章 级联长周期光纤光栅边缘自滤波解调方案研究

6．1 级联长周期光纤光栅传感解调原理分析

6．2 长周期光纤光栅边缘滤波光电探测原理分析

6．3 级联长周期光纤光栅边缘自滤波传感解调方案原理图

6．4 级联长周期光纤光栅边缘白滤波解调技术总结

第七章 全文总结与展望

参考文献

致谢

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