保偏光子晶體光纖環(huán)境傳感技術(shù)研究.pdf

1、保偏光子晶體光纖(HiBi-PCF)是由帶氣孔的微結(jié)構(gòu)包層和純二氧化硅的纖芯組成，和傳統(tǒng)的光纖相比，其具有很多獨特的性能，例如無截止單模、不同尋常的色度色散、極好的非線性效應(yīng)以及優(yōu)良的雙折射效應(yīng)。其中雙折射效應(yīng)可以用來制作干涉型傳感器。光纖環(huán)鏡由于其結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，靈敏度高，一直是近幾年來被廣泛研究的傳感結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性越來越突出，基于此結(jié)構(gòu)的傳感器也越來越多，但瑕疵依然存在，即單純的光纖環(huán)鏡的輸出結(jié)果受擠壓、彎曲、以及扭轉(zhuǎn)等

2、外界情況影響非常嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致輸入的結(jié)果不正確，所以這種結(jié)構(gòu)實用性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。由于長尾式光纖環(huán)鏡能夠?qū)鞲衅骷蕴筋^的形式伸出來，故既保證了該結(jié)構(gòu)的嵌入式使用，又保證了在測量過程中光纖環(huán)鏡的穩(wěn)定減少擾動，成為實際中能夠?qū)崿F(xiàn)的傳感單元。
　　本論文對于以上兩個部分進(jìn)行有機融合。為探尋二者相結(jié)合的優(yōu)勢，分別設(shè)計研究了基于長尾式保偏光子晶體光纖的光纖環(huán)鏡位移傳感器和角度傳感器。針對以上問題，論文完成了以下四部分內(nèi)容的工作:
　　

3、首先，論文給出了國內(nèi)外保偏光子晶體光纖和傳統(tǒng)光纖環(huán)鏡傳感的研究現(xiàn)狀，歸納總結(jié)了其相結(jié)合的傳感應(yīng)用研究，為位移傳感器和角度傳感器的設(shè)計研究提供參考;
　　其次，給出了保偏光子晶體光纖的偏振特性，并介紹了光纖環(huán)鏡的理論分析工具—瓊斯矩陣，并分別給出光纖環(huán)鏡和長尾式光纖環(huán)鏡的結(jié)構(gòu)和理論分析基礎(chǔ)，為位移傳感器和角度傳感器的理論分析提供依據(jù)，并且還描述了有限元以及Mathematica在本設(shè)計中的應(yīng)用;
　　然后是論文中理論分析的核心

4、部分。該部分以瓊斯矩陣作為分析基礎(chǔ)，利用Mathematica以及Matlab工具詳細(xì)具體的對兩種傳感器的理論進(jìn)行了推導(dǎo)，并且分析了仿真結(jié)果。對于位移傳感器，一般通過干涉光譜的移動解調(diào)就可以得到較高的分辨力;而對角度傳感器來說，有兩種解調(diào)方式，分別是基于干涉光譜的移動以及基于干涉能量的改變，它們各有利弊;
　　論文的最后，搭建了基于保偏光子晶體光纖的長尾式光纖環(huán)鏡角度傳感器的實驗系統(tǒng)。這里闡述了實驗系統(tǒng)的組成和部分器件的制作以及實