基于長周期光纖光柵的NaCl溶液濃度傳感器研究.pdf

1、隨著光纖光柵技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,光纖光柵被越來越多的應(yīng)用到光纖通信、光纖激光器和光纖傳感等眾多的領(lǐng)域當(dāng)中。長周期光纖光柵以其優(yōu)良的傳感性能,在光纖傳感領(lǐng)域占有重要地位。
　　本篇論文主要研究了長周期光纖光柵,在對耦合模理論進(jìn)行推導(dǎo)的基礎(chǔ)上,對其諧振損耗峰透射光譜進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真分析,了解其傳感特性,最后進(jìn)行了實(shí)驗驗證。在本文中進(jìn)行的工作可以概括為下面幾個方面:
　　(1)對光纖光柵的理論研究方法進(jìn)行了學(xué)習(xí),深入研究了光纖光柵的

2、耦合模理論。根據(jù)建立在三層階躍折射率光纖上的模型,對發(fā)生在其中的耦合過程進(jìn)行了推導(dǎo)。推導(dǎo)出了光纖光柵中耦合模式和場、纖芯基模自耦合系數(shù)和包層模耦合系數(shù)的解析表達(dá)式。根據(jù)耦合模理論,對長周期光纖光柵的耦合方程進(jìn)行了推導(dǎo),并且研究了纖芯模和包層模的耦合模式。利用傳輸矩陣法完成了對長周期光纖光柵的透射光譜的模擬仿真。
　　(2)基于耦合模理論的推導(dǎo)和數(shù)值模擬仿真的結(jié)果,調(diào)查了長周期光纖光柵的傳感特性。并且還討論了長周期光纖光柵的長度、光

3、柵周期以及折射率調(diào)制深度對其透射光譜圖所造成的影響。討論了長周期光纖光柵應(yīng)用在傳感折射率變化時的靈敏特性。在模擬仿真的基礎(chǔ)上,分析了外界折射率變化對長周期光纖光柵透射光譜中的諧振損耗峰透射光功率和中心波長產(chǎn)生的影響。
　　(3)設(shè)計了一個利用長周期光纖光柵實(shí)現(xiàn)溶液濃度監(jiān)測的系統(tǒng),而且對系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。設(shè)計了固定槽保持長周期光纖光柵在測量過程中不受應(yīng)力應(yīng)變影響。實(shí)驗過程中,保持恒溫21攝氏度。測量了長周期光纖光柵在1350nm到16

4、50nm間的透射光譜圖。研究發(fā)現(xiàn)NaCl溶液濃度變化與長周期光纖光柵透射諧振損耗峰峰值呈線性關(guān)系。通過對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,得到光功率表達(dá)式。對長周期光纖光柵溶液濃度測量系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。通過測量單一波長1530nm的透過光功率變化實(shí)現(xiàn)對溶液濃度變化的監(jiān)測。實(shí)驗顯示,同樣可以得到NaCl溶液濃度與透射光功率間的線性關(guān)系。傳感器可以測量0g/L到40g/L的溶液濃度,分辨率到達(dá)5g/L。折射率變化量為±0.000925。傳感器光強(qiáng)靈敏度為