基于空芯光纤的微结构马赫-增德尔(MZ)干涉仪研究

摘要

微型光纤干涉仪具有结构更紧凑、灵敏度高等特点，尤其是在空间受限的传感领域能发挥其固有的优势。空芯光纤是一种特种光纤，其具有独特的介质结构和传输特性，这让它能在微传感领域充分发挥优势。
　　本文对空芯光纤MZ干涉仪进行了研究，主要研究内容如下:
　　1)分别对空芯光纤的长度、空芯光纤直径与干涉谱之间的关系进行了探究，发现在某一范围，空芯光纤长度越长干涉效果越好、空芯光纤直径过大干涉效果变差。
　　2)对偏置型空芯光纤MZ干涉仪进行了更为深入的研究。通过研究发现偏置量可以增强干涉效应，这为改变空芯光纤长度来使MZ干涉仪灵活的应用在某些条件下提供了有力依据。
　　3)在基于现有凹锥型MZ干涉仪的结构下，创新了一种基于多模光纤-空芯光纤的凹锥型MZ干涉仪，并且在输出光功率上获得了相当可观的结果，这为拉锥型MZ干涉仪提供了可参考的研究方向。
　　4)在对空芯光纤的参数及多种基于空芯光纤MZ干涉仪研究的基础上，提出了一种空气泡型MZ干涉仪，并且利用实验和仿真都验证了该干涉仪的可行性。
　　5)为了提高气泡型MZ干涉仪的干涉效果，对气泡型MZ干涉仪进行了改进，并且提出了空气泡-空芯光纤复合结构的MZ干涉仪。改进后的空气泡型MZ干涉仪在获得了较为理想的输出功率的同时，也具有非常可观的消光比，其插入损耗不到10dB、消光比可达24dB。
　　6)利用改进结构的空芯光纤MZ干涉仪进行了折射率传感分析，其中干涉仪结构中的空气泡直径为50μm、空芯光纤长度为500μm，获得的传感灵敏度最小为140nm/RIU，最大可以达到1270nm/RIU，传感效果相当可观。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1 光纤传感器的研究背景与意义

1．2 干涉传感器的分类

1．2．1 马赫-增德尔(MZ)干涉仪

1．2．2 迈克尔逊干涉仪

1．2．3 萨格纳克干涉仪

1．2．4 法布里-珀罗(FP)干涉仪

1．3 微型干涉仪研究现状

1．4 论文主要研究内容

2．空芯光纤理论及模式干涉理论研究

2．1．空芯光纤结构及传输理论

2．1．1 空芯光纤的结构

2．1．2 空芯光纤的传输理论

2．2 模式及模式耦合理论

2．2．1 模式理论基础

2．2．2 耦合模理论

2．3 MZ干涉基本理论

2．4 本章小结

3．基于空芯光纤的MZ干涉仪研究

3．1 熔接型空芯光纤MZ千涉仪研究

3．1．1 空芯光纤包层传光特性分析

3．1．2 空芯光纤长度的研究

3．1．3 空芯光纤直径的研究

3．2 偏置空芯光纤的研究

3．2．1 偏置型空芯光纤MZ干涉仪的结构及原理分析

3．2．2 偏置型空芯光纤MZ干涉仪的偏置量分析

3．2．3 偏置型空芯光纤MZ干涉仪的空芯光纤长度分析

3．2．4 偏置型空芯光纤MZ干涉仪的折射率传感分析

3．3 拉锥空芯光纤的研究

3．3．1 拉锥空芯光纤MZ干涉仪分析

3．3．2 新结构的拉锥空芯光纤MZ干涉仪分析

3．4 本章小结

4．新型空芯光纤MZ干涉仪

4．1 空气泡型MZ干涉仪

4．1．1 空气泡型MZ干涉仪制作及原理

4．1．2 空气泡型MZ干涉仪实验及结果分析

4．2 改进的气泡型MZ干涉仪

4．2．1 改进型MZ干涉仪的结构及原理

4．2．2 改进型MZ干涉仪的光场仿真研究

4．2．3 改进型MZ干涉仪的空芯光纤长度仿真研究

4．2．4 改进型MZ干涉仪的空气泡直径仿真研究

4．2．5 改进的MZ干涉仪的折射率传感研究

4．2．6 新结构MZ干涉仪的优点与评价

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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