局部微結(jié)構(gòu)光纖光柵特性及傳感研究.pdf

1、光纖光柵作為一種新型的傳感器件,因其具有其他傳統(tǒng)傳感器沒有的優(yōu)勢,從上個世紀80年代就受到人們的廣泛關(guān)注,在近幾年中,實現(xiàn)了飛速的發(fā)展。隨著光纖光柵技術(shù)的不斷完善發(fā)展,光纖光柵在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛。
　　 近幾年,基于光子帶隙結(jié)構(gòu)的器件(如局部微結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵)因其使反射譜中特定的光通過的特點越來越引起人們的廣泛關(guān)注。局部微結(jié)構(gòu)光纖光柵是將原布拉格光纖光柵均勻分布的包層被侵蝕掉一部分,產(chǎn)生非周期分布的結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)產(chǎn)

2、生的特性使光柵的反射譜中打開一個通帶,此種帶隙結(jié)構(gòu)與相移光纖光柵非常類似,因而使其在微流體、生物化學(xué)、和化學(xué)研究等方面具有了獨特的傳感優(yōu)勢。
　　 本論文主要以局部微結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵和局部微結(jié)構(gòu)長周期光柵為研究對象,對其溫度和折射率的傳感特性與應(yīng)用進行了理論和實驗的研究,主要內(nèi)容包括:
　　 1)介紹了光纖光柵和局部微結(jié)構(gòu)光纖光柵的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀。簡單介紹了光纖光柵的寫制方法,闡述了光纖光柵和局部微結(jié)構(gòu)光纖光柵的傳

3、感優(yōu)勢及實用化所面臨的問題。
　　 2)簡要介紹了光纖光柵的基本分析方法:耦合模理論、傳輸矩陣分析法,并簡要分析了其優(yōu)缺點,在此基礎(chǔ)上,從耦合模理論出發(fā),基于傳輸矩陣法和相移理論,使用Comsol計算出局部微結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵的相位變化,將刻蝕邊緣的相位變化代入相移矩陣,通過Matlab得到局部微結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵的頻譜,并對非對稱結(jié)構(gòu)、階梯型結(jié)構(gòu)、兩端刻蝕結(jié)構(gòu)的局部微結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵進行數(shù)值模擬,分析其特性并提出其應(yīng)用前景。

4、
　　 3)提供了一種同時測量液體溫度和折射率的方法。作為傳感探頭的局部微結(jié)構(gòu)光纖光柵是采用氫氟酸腐蝕軸向包層的方法得到的,其頻譜產(chǎn)生的主要變化是在原布拉格反射峰內(nèi)會產(chǎn)生一個透射窄帶,使用局部微結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵對液體溫度和折射率進行測量。兩反射峰溫度和折射率敏感系數(shù)基本相同,分別為0.0097nm/℃和510nm/RIU,透射通帶的溫度和折射率敏感系數(shù)比兩反射峰稍大,分別為0.0116nm/℃和528nm/RIU,根據(jù)以上特性

5、,可使用局部微結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵同時測量液體溫度和折射率。
　　 4)簡要介紹了腐蝕長周期光柵的發(fā)展歷史,并對局部微結(jié)構(gòu)長周期光纖光柵進行了理論分析和仿真,分析了包層厚度對靈敏度的影響。局部微結(jié)構(gòu)長周期光柵可以通過改變相移的大小和位置提供多種新的特性,因此可以應(yīng)用于特殊目的的濾波器。實驗中用氫氟酸腐蝕長周期包層制作出局部微結(jié)構(gòu)長周期光柵,并分別對溫度和折射率進行測量,其中溫度敏感度為0.058 nm/℃,折射率敏感度為2691n