基于同轴双波导光纤的模式干涉仪及其传感特性研究

摘要

同轴双波导光纤由位于光纤轴心的中间纤芯和位于包层内部的环形纤芯构成，既可以作为光传输的媒介，又可以用来制作光纤器件，能够实现光功率的交换和光波长的选择等功能。利用同轴双波导光纤制作集成式模式干涉仪，当干涉仪受到如应力、温度、折射率、弯曲等因素的影响时，会导致干涉模式间光程差改变，从而导致干涉光谱发生相应变化，利用这一特性可将其用于传感测量。本文对基于同轴双波导光纤的集成式模式干涉仪及其传感特性进行了系统的理论分析和实验研究。
　　本文首先介绍了集成式光纤干涉仪的研究动态及其在传感领域的应用。其后，详细介绍同轴双波导光纤的参数及其应用，基于模场失配（错芯焊接、级联多模光纤）搭建干涉仪理论模型，并对其传感原理进行分析；搭建基于同轴双波导光纤的模式干涉仪制作系统，详细介绍制作流程（基于错芯焊接制作 Mach-Zehnder干涉仪，基于级联多模光纤制作Michelson干涉仪和Mach-Zehnder干涉仪），并对不同参数的干涉仪输出光谱进行分析。得益于同轴双波导光纤的特殊结构，这几种模式干涉仪不仅具有结构紧凑、集成度高的优点，还有一些列独特的传感特性。在温度恒定、湿度恒定的超净间环境下，分别搭建温度、折射率、应变、弯曲传感特性实验系统，通过大量实验数据和理论分析，对这几种模式干涉仪的传感特性进行了系统的研究。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 集成式光纤干涉仪的研究动态

1.3 本文的研究意义与工作内容

第2章 基于同轴双波导光纤的干涉仪模型分析

2.1 同轴双波导光纤介绍

2.2 基于单模光纤的传统干涉仪

2.3 基于同轴双波导光纤的干涉仪模型

2.4 本章小结

第3章 基于同轴双波导光纤的干涉仪制作

3.1 COF参数介绍

3.2 基于错芯焊接的Mach-Zehnder干涉仪制作方法

3.3 基于级联多模光纤的Michelson干涉仪制作方法

3.4 基于级联多模光纤的Mach-Zehnder干涉仪制作方法

3.5 本章小结

第4章 基于错芯焊接的干涉仪传感特性研究

4.1 温度传感特性研究

4.2 折射率传感特性研究

4.3 应变传感特性研究

4.4 传感特性总结

4.5 本章小结

第5章 基于级联多模光纤的干涉仪传感特性研究

5.1 基于级联MMF的Michelson干涉仪传感特性研究

5.2 基于级联MMF的Mach-Zehnder干涉仪传感特性研究

5.4 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