保偏和微结构光纤光栅及其传感应用

摘要

光纤光栅是近年来发展最为迅速的光纤无源器件之一，在光纤传感领域具有广阔的应用前景。本文在保偏和微结构光纤上，采用相位掩模板法制备了光纤布拉格(Bragg)光栅，并研究了光栅的传感特性。论文主要的研究内容如下： 1.利用相位掩模法在柚子型微结构光纤上写制光栅，首次通过对比密封空气孔和通空气孔两种条件下的大孔柚子型光纤光栅的温度响应，研究空气孔内的空气膨胀对光栅温度传感特性的影响。接着，实验研究了两种柚子型光纤光栅压力传感特性，大孔、小孔柚子光纤的压力灵敏度分别约为普通光纤的3倍和2倍。空气孔增强了光栅的压力响应。 2.在三种保偏光纤上写制了光纤光栅基础上，比较研究了紫外光沿着快轴和慢轴入射时三种保偏光纤光栅的双折射情况。不同曝光方向的熊猫型保偏光纤光栅的双折射大小不同，而领结型和椭圆纤芯光纤光栅两个方向的双折射几乎没有差异。接着，研究了三种保偏光纤光栅温度和应变传感性质。熊猫型和领结型保偏光纤快轴的温度灵敏度大于慢轴，而应变灵敏度快轴小于慢轴。椭圆纤芯保偏光纤光栅两个轴的温度灵敏度和应变灵敏度都相同。通过监测光栅两个偏振峰的波长来研究三种保偏光纤双折射的高温特性。结果表明熊猫型和领结型保偏光纤的双折射随温度呈非线性的变化，而椭圆纤芯保偏光纤呈现二次抛物线型变化。 3.在纯石英保偏微结构光纤上制备了Bragg光栅，并研究其温度、应变、压力的传感响应特性。光纤光栅的两个偏振轴具有几乎相同的温度、应变响应系数，但不同的压力响应，且光栅谐振峰间距的压力响应性质对温度没有依赖性。另外，研究了纯石英保偏微结构光纤的双折射的高温性质。在800℃内，光纤的双折射随温度呈一个较平坦的曲线，只有1.2％的减小。这有利于高温环境下的光纤传感应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1光纤光栅简介

1.2光纤光栅传感技术

1.3微结构光纤简介

1.4 本论文的主要内容及创新点

2微结构光纤光栅制作与传感研究

2.1微结构光纤光栅

2.2微结构光纤光栅的实验研究

2.3本章小结

3保偏光纤光栅制作与传感研究

3.1保偏光纤简介

3.2保偏光纤光栅制作及其传感特性

3.3 本章总结

4保偏微结构光纤光栅制作与传感研究

4.1 保偏微结构光纤

4.2纯石英保偏微结构光纤光栅制作及其传感特性

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢