折射率渐变倾斜光纤光栅光谱特性及其传感特性的研究

摘要

倾斜光纤光栅（Tilted Fiber Bragg Grating，简称TFBG）由于其本身的特点，在光纤传感等领域中发挥很大的作用，弥补了普通光纤光栅的一些缺点，尤其是在温度、应力等方面表现出很高的灵敏度和高分辨率。随着光纤传感技术的飞速发展，对于倾斜光栅的研究具有非常重要的意义，尤其是有着特殊结构的光纤光栅，目前已经有人提出折射率渐变多模光纤[1]，但是对其研究主要停留在理论等方面，还未涉及到光谱特性和传感特性。本文在其基础上，研究了纤芯折射率渐变倾斜光纤光栅（Graded Index Tilted Fiber Bragg Grating，简称GITFBG）的理论特性、光谱特性及传感特性，主要研究内容如下： 1.对倾斜光纤光栅的耦合模理论进行研究，包括倾斜光纤光栅的结构特征，倾斜光纤光栅的制备以及倾斜光纤光栅的光谱耦合理论。 2.以倾斜光纤光栅为基础，利用倾斜光纤光栅的耦合模理论原理对渐变倾斜光纤光栅的光谱特性进行理论分析。改变光栅的倾角、光栅周期、光栅长度、折射率调制深度、纤芯半径、包层半径以及空气层半径等结构参数，对GITFBG的光谱特性进行详细研究，并以普通的倾斜光纤光栅光谱特性做对比，分析GITFBG光谱特性的优势，研究结果表明GITFBG的光谱特性相对于普通倾斜光纤光栅有一定的优势。 3.研究GITFBG的温度传感特性，基于温度传感的热响应原理对TFBG的温度传感进行理论研究，研究表明纤芯有效折射率是影响热光系数的一个重要影响因素，因此研究GITFBG对改善TFBG的温度传感特性具有重要意义。研究结果表明GITFBG温度传感的灵敏度比TFBG高，提高了TFBG温度传感的灵敏度，具有重要的研究意义。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2光纤光栅特点和发展

1.3光纤光栅的分类及其传感应用

1.3.1均匀光纤光栅

1.3.2倾斜光纤光栅的概述

1.3.3倾斜光纤光栅的应用

1.4本文的主要内容和创新点

1.4.1本论文的主要内容

1.4.2论文的创新点

第二章 倾斜光纤光栅耦合模理论研究

2.1倾斜光纤光栅基本结构

2.2光纤光栅制备

2.3倾斜光纤光栅的光谱耦合理论

2.3.1光纤布拉格光栅耦合模基本原理

2.3.2倾斜光纤光栅耦合模理论

第三章 折射率渐变倾斜光纤光栅光谱特性的研究

3.1折射率渐变倾斜光纤光栅的发展和理论研究

3.1.1折射率渐变倾斜光纤光栅的发展

3.1.2渐变倾斜光纤光栅的理论研究

3.2光栅参数对折射率渐变倾斜光纤光栅光谱特性的影响

3.2.1倾斜角度的变化对渐变倾斜光纤光栅透射光谱的影响

3.2.2倾斜角度的变化对渐变倾斜光纤光栅群延时特性的影响

3.2.3光栅周期对渐变倾斜光纤光栅透射谱的影响

3.2.4光栅长度对渐变倾斜光纤光栅透射谱的影响

3.2.5折射率调制深度对渐变倾斜光纤光栅透射谱的影响

3.3纤芯半径对折射率渐变倾斜光纤光栅光谱特性的影响

3.4包层半径对折射率渐变倾斜光纤光栅光谱特性的影响

3.5空气层半径对折射率渐变倾斜光纤光栅光谱特性的影响

3.6本章小结

第四章 折射率渐变倾斜光纤光栅的传感特性分析

4.1光纤光栅传感理论分析

4.2渐变倾斜光纤光栅的传感特性分析

4.3本章小结

第五章 总结和展望

参考文献

致谢