保偏光纤模间干涉折射率传感特性研究

摘要

随着光纤传感器的大量使用，光纤折射率传感器在工程领域得到广泛地应用。保偏光纤作为一种特种光纤，凭借双折射效应高、保偏性能好、低衰减等优点，被广泛应用在光纤陀螺、光纤温度、应力、弯曲等传感器和DWDM、EDFA等光纤通信系统。近年来，保偏光纤在光纤传感器领域的应用也逐渐得到科研人员的重视，基于保偏光纤的微结构光纤光栅、双芯光子晶体光纤等传感器都有广泛的应用。
　　本文提出了一种基于保偏光纤模间干涉原理的折射率传感器方案并开展了深入的理论与实验研究工作，主要研究内容有：
　　首先，用有限元分析法分别从理论上对双空气孔保偏光子晶体光纤和椭圆芯保偏光纤的模传输特性和模间干涉原理进行了理论分析，明确了双模产生条件、模间干涉模场分布等基本特性；
　　其次，对拉锥型双空气孔光子晶体保偏光纤和腐蚀型椭圆芯保偏光纤的折射率传感特性进行了仿真分析，建立了在不同液体折射率情况下模间干涉的响应特性数学模型；
　　然后，根据仿真结果建立了模间干涉实验系统，专门对腐蚀处理的椭圆芯保偏光纤的模间干涉特性进行研究，开展了灵敏度响应的折射率传感实验研究；
　　最后，通过实验研究对传感器的折射率响应范围、响应灵敏度及线性度等传感器关键问题进行了数据分析和整理，给出了详细的研究结论。
　　本课题提出的基于保偏光纤模间干涉原理折射率传感方案能够用更简单的光强测量方式实现传感信号的解调，具有结构简单、解调成本低等优点，对于推进光纤折射率传感器的研究具有良好的理论意义和实际应用价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的意义

1.2 模间干涉技术的国内外研究现状

1.3 光纤折射率传感的应用

1.4 课题研究主要内容

第2章 保偏光纤的模间干涉理论

2.1 引言

2.2 光波导理论基础

2.3 保偏光纤的模式分析

2.3 模间干涉型传感器

2.5本章小结

第3章 保偏光纤折射率传感特性的仿真分析

3.1引言

3.2 有限元法

3.3 两种保偏光纤的模场分析

3.4 保偏光纤折射率传感特性研究

3.5 本章小结

第4章 实验研究与结果分析

4.1引言

4.2 干涉输出光强的处理

4.3 椭圆芯PMF的折射率传感实验测试

4.4 实验结果及误差分析

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢