干涉型光子晶体光纤光栅传感器的设计与研究

摘要

光纤光栅作为最重要的光无源器件之一，广泛应用于光通信和光传感领域，一直是科学研究的热点课题。近年来，光子晶体光纤的研制成功和广泛应用，为光纤光栅技术的进一步发展提供了新的机遇。光子晶体光纤可以通过调整其包层空气孔层数及尺寸、占空比、晶格形状等参数改变其传输特性，可以灵活控制光子晶体光纤光栅的光谱特性，由此设计的传感器具有结构简单、设计灵活、传感灵敏度高、可研究范围广等优势。
　　本文主要研究了基于级联光子晶体光纤长周期光栅(PCF-LPG)的干涉型传感器，文中首先介绍了光纤光栅的基本理论和计算方法，即耦合模理论和传输矩阵法；接着采用传输矩阵法仿真了级联PCF-LPG的透射谱特性，分析了光子晶体光纤、PCF-LPG结构对透射谱的影响，得到优化的PCF-LPG的结构；在此基础上，计算了级联PCF-LPG的应变传感和折射率传感特性，并分析了级联结构的设计特点。结果表明:光子晶体光纤和光栅的结构参数影响了透射峰的谐振波长和带宽；级联PCF-LPG的干涉谱同时还受到级联光栅之间的PCF长度的影响；光子晶体光纤取占空比为0.406、包层空气孔直径为4μm，包层层数取6层，级联PCF的长度取100个光栅周期，两段LPG完全相同时，优化了干涉谱特性，应变传感灵敏度达pm量级；折射率传感时级联PCF的长度取10个光栅周期，传感灵敏度达nm量级；干涉峰对应变和环境折射率的传感灵敏度分别为1.8pm/με和800nm/RIU。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 光纤光栅传感器概述

1.2 光子晶体光纤光栅传感概述

1.3 本文的主要研究内容

第二章 PCF-LPGPCF-LPGPCF-LPG 理论模型及数值方法

2.1 耦合模理论

2.2 均匀长周期光纤光栅的耦合模方程极其求解

2.3 全矢量有限元法与传输矩阵法[23~27]

2.4 级联长周期光纤光栅理论[29~34]

第三章 级联 PCF-LPGPCF-LPGPCF-LPG 的光谱特性的研究

3.1 光子晶体光纤长周期光栅的透射谱特性

3.2 级联光子晶体光纤长周期光栅透射谱特性

3.3 小结

第四章 级联 PCF-LPGPCF-LPGPCF-LPG 应用于传感的研究

4.1 级联光子晶体光纤长周期光栅

4.2 级联光子晶体光纤长周期光栅的应变传感

4.3 级联光子晶体光纤长周期光栅的折射率传感

4.4 小结

第五章 级联 PCF-LPGPCF-LPGPCF-LPG 传感器的方案设计

5.1 用于应变传感的级联 PCF-LPG 传感器的设计方案

5.2 用于折射率传感的级联 PCF-LPG 传感器的设计方案

结束语

致谢

参考文献

硕士研究生期间发表的论文