新型剪刀式光纤光栅封装和低温传感装置的研究

摘要

该文的研究目的之一就是设计一种新型光纤光栅封装装置,降低温度影响.该文的另一个研究目的就是对光纤和光纤光栅的低温特性进行研究,通过调节发明的新型剪刀型支架的臂长比例来实现高精度低温传感,满足实际应用要求,达到利用新型光纤光栅装置同时实现光纤光栅封装和低温传感的功能.该文首次提出低温光学的概念,并系统地、全面地对光纤和光纤光栅的低温特性作研究;介绍了光纤热应力的计算方法,论述了应力和光纤传输损耗之间存在某种关系以及涂覆层厚度对传输损耗的影响;测定了低温区光纤光栅的波长的变化.发明了剪刀型光纤光栅封装装置,并利用其进行光纤布拉格光栅的温度补偿实验.首次将发明的剪刀型光纤光栅装置应用到低温传感,提出通过温度的过渡补偿来实现高精度低温传感的思路,为温度传感器的设计提供新的观念.通过调节剪刀型支架的臂长比例,提高温度精度;同时将剪刀型光纤光栅装置的光栅嵌在Al、PMMA、Teflon基底上,进一步提高温度敏感度,最大可以达到裸光纤在低温区温度敏感度的60倍以上,是目前温度精度最高的低温传感器之一;通过详细地比较这几种不同基底类型的传感器,发现在低温区,基底的热膨胀系数作用远远大于支架臂长比例的调节作用,为下一步工作奠定基础.为研究光器件的低温特性,自行设计、制造和调试液氮测温仪,可以满足在-196℃以上温区的光器件性能测试,提供的温度环境精度在1℃以内;装配了红外机构,可以对低温下光器件的物理变化实现实时监测,为低温对光器件的影响提供了视觉上的参考,为后续研究开启前奏.