1650nm波段应力长周期光栅及其温度传感实验研究

摘要

长周期光纤光栅(LPG)的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感，而LPG传感器无后向反射，在传感测量系统中不需要隔离器，重量轻、易与光纤耦合、不受电磁干扰且具有良好的温度、弯曲、扭曲、浓度和折射率灵敏度，因此它的研究越来越受到重视、应用也越来越广泛。
　　 本文采取理论与实验相结合的方法，主要研究的是在1650nm波段，长周期光纤光栅的线性特性以及用于温度传感的实验研究。
　　 一方面在理论上，结合分段均匀法、模式耦合理论和快速傅里叶变换，模拟了1650nm波段下，LPG的光谱响应特性、时延和色散特性、多模耦合特性以及温度传感特性：并对耦合强度分别为π/4和π/2时的LPG、级联LPG以及多个级联LPG的光谱响应特性作了分析；同时在LPG温度传感方面，讨论了不同包层材料热光系数或者不同光栅周期影响下的特性。
　　 另一方面从实验上，利用周期压力使光纤产生微弯的原理设计了一种应力型引入LPG结构，并运用它写入的LPG进行1650nm波段的温度传感的实验研究；设置了一组对照实验来说明此温度传感器的稳定性。得出LPG温度传感器的灵敏度约为0.4nm/℃，与理论有很好的吻合，且对于实验中插入损耗、消光比、温度传感和折射率的影响等作了一定的分析。
　　 本文对于1650nm处U波段的光纤传感方面研究具有非常重要的参考意义。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

1 引言

1.1 长周期光纤光栅

1.2 光纤光栅传感器

1.3 LPG温度传感器

1.3.1 自干涉型级联LPG温度传感器

1.3.2 干涉型级联LPG温度传感器

1.3.3 新型级联LPG温度传感器

1.4 本文的主要工作

1.5 本文的主要意义

2 理论分析

2.1 转移矩阵法

2.1.1 分段均匀法

2.1.2 LPG的光谱

2.1.3 级联LPG的光谱

2.1.4 LPGs的光谱

2.2 LPG的时延和色散特性

2.2.1 时延特性

2.2.2 色散特性

2.3 LPG的多模耦合

2.3.1 LPG的折射率调制

2.3.2 LPG的多模耦合

2.4 LPG的温度传感特性

2.4.1 LPG温度特性

2.4.2 理论模拟曲线

2.4.3 曲线分析

3 温度传感实验

3.1 设计原理

3.1.1 引入LPG机构原理

3.1.2 温度传感原理

3.2 装置说明

3.2.1 引入LPG机构

3.2.2 温度传感

3.3 实验结果

3.3.1 引入LPG及LPGs结果

3.3.2 温度传感结果

3.4 实验分析

3.4.1 LPG特性分析

3.4.2 LPG传感器分析

4 小结

4.1 本文主要工作和成绩

4.2 本文工作不足

4.3 研究设想

参考文献

附录A 自编程序

附录B

索引

作者简历

学位论文数据集