基于长周期光纤光栅的温度及应变传感器制备及其实验研究

摘要

本论文是根据熔融拉锥的方法制备长周期光纤光栅（LPFG），并通过调整不同的拉锥参数制备不同结构LPFG，利用不同方法在LPFG锥区被覆金属及非金属等材料，利用LPFG与光纤锥及光栅包级联制备马赫-曾德尔干涉仪（MZI），然后对以上各种结构制备出的LPFG传感器进行温度与应力等参数的测量。
　　首先，利用熔融拉锥的方式制备出LPFG，通过调整拉锥参数，制备出非等周期LPFG，并对其温度及应变传感特性进行了测量，其应变灵敏度高达-9.8 pm/με，为普通二氧化碳型LPFG的75.4倍。同时，本文通过增加拉锥次数的方法制备出了过耦合型LPFG，该LPFG具有两个损耗峰，中心波长分别位于1534.2 nm和1546.7 nm，两干涉峰具有不同的温度灵敏度和应变灵敏度，可用于温度和应变同时测量。
　　其次，利用熔融拉锥的方式制备出的长周期光纤光栅，在长周期光纤光栅的栅区部分采用镀膜的方法镀上一层金属膜，分别研究了镀金属膜厚度50 nm、100 nm、200 nm对LPFG温度灵敏度的影响，实验证明LPFG的温度灵敏度随着膜厚的增加先减小再增加再减小。本节中也研究了在LPFG的栅区涂覆有机硅材料对其温度灵敏度的影响，通过实验验证，在长周期光纤光栅表面涂覆有机硅可有效提高其温度灵敏度，本实验中LPFG温度灵敏度由7 pm/℃提高到191 pm/℃，提高了27.3倍。
　　最后，利用实验室采用熔融拉锥方式制备出的长周期光纤光栅分别与光纤锥及光栅包进行级联构造出马赫-曾德尔干涉仪，并利用其进行传感。在LPFG与光纤锥级联过程中，级联前长周期光纤光栅只有一个干涉峰，级联后出现多个干涉峰，我们选取其中两个干涉峰进行温度及应力传感，通过实验证明该马赫-曾德尔干涉仪可用于温度和应变同时测量，其温度灵敏度为83 pm/℃、应变灵敏度为-2.6 pm/με。同时，我们将制备好的长周期光纤光栅与光纤包级联，光纤包由光纤焊接机制备而成，对于该方法构造出的马赫-曾德尔干涉仪我们也进行了温度及应变灵敏度的测量，均取得了良好的实验结果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1概述

1.2 LPFG制备及应用研究现状

1.3材料被覆型LPFG研究现状

1.4 LPFG马赫-曾德尔干涉仪（MZI）研究现状

1.5本论文的主要内容及安排

第2章 异形熔融LPFG制备及其传感特性研究

2.1引言

2.2非等周期熔融LPFG

2.3过耦合型熔融LPFG

2.4本章小结

第3章 材料被覆型熔融LPFG制备及其传感特性研究

3.1 引言

3.2 镀膜型熔融LPFG

3.3 涂覆材料型熔融LPFG

3.4 本章小结

第4章 全光纤MZI结构制备及其传感特性研究

4.1 引言

4.2熔融型LPFG与微锥级联构造MZI

4.3熔融型LPFG与光纤包级联构造MZI

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢