光纤布拉格光栅的高温特性研究

摘要

光纤光栅是二十世纪末国际光纤领域出现的一种关键光纤元件，是目前最有发展前途、最具有代表性的光纤无源器件之一。光纤光栅具有低耗传输、抗电磁干扰、轻质、化学稳定、电绝缘等优点，因此，光纤光栅在光纤通信、光纤传感和光信息处理等邻域均有着广阔的应用前景。 光纤光栅的应用在不断的扩展，了解其布拉格波长与反射率在高温环境下的特性对于光纤光栅在高温下的应用有很好的指导作用。本文致力于研究这种特性，为进一步研究光纤光栅在高温下的应用提供理论指导。从耦合模理论推导出光纤布拉格光栅的布拉格方程，介绍了光纤布拉格光栅的传感模型。实验分析了室温与高温环境下的光纤布拉格光栅的布拉格波长与温度的响应关系，给出了波长灵敏度系数与响应方程。 本文分析了光纤布拉格光栅的衰退原理，实验分别从温度与时间角度分析了光纤布拉格光栅在高温环境下的衰退情况。在连续的升温过程中，在相对较低的温度环境下(<200℃)，光纤布拉格光栅反射率减小的速率不是很大，反射率变化不是很明显，但随着温度的继续升高(>200℃)，光纤布拉格光栅反射率以极快的速度下降，且减小的速率越来越大。在给定的高温下，下降速度刚开始极快，然后变慢，但总不为零。

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文摘

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤光栅的发展

1.3 光纤光栅的制作

1.4 光纤光栅的分类

1.5 本课题的选题背景、目的和意义

1.6 本论文的主要研究内容

第二章 光纤的光敏性及光纤Bragg光栅的原理

2.1 光纤的光敏性

2.1.1 光纤材料紫外光敏效应

2.1.2 掺锗石英光纤材料的紫外光敏效应

2.1.3 锗硅光纤的光敏性模型

2.2 光纤光栅的应用

2.3 光纤Bragg光栅的基本原理

2.3.1 光纤Bragg光栅的基本结构

2.3.2 光纤Bragg光栅的耦合模理论

2.4 小结

第三章 光纤Bragg光栅温度传感实验研究

3.1 光纤布拉格光栅常温传感特性研究

3.1.1 光纤布拉格光栅传感的基本原理

3.1.2 光纤布拉格光栅温度传感模型

3.1.3 光纤布拉格光栅常温特性实验与结果分析

3.2 光纤布拉格光栅高温传感特性研究

3.2.1 FBG的高温实验

3.2.2 实验结果的理论分析

3.3 小结

第四章 光纤Bragg光栅热退化理论及实验研究

4.1 光纤布拉格光栅衰退原理

4.2 光纤光栅退化实验及其结果的处理与分析

4.3 小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢