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(shì),從上個(gè)世紀(jì)80年代就受到人們的廣泛關(guān)注,在近幾年中,實(shí)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(diǎn)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(gè)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(dú)特的傳感優(yōu)勢(shì)。
　　 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(duì)象,對(duì)其溫度和折射率的傳感特性與應(yīng)用進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)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(shì)及實(shí)用化所面臨的問題。
　　 2)簡(jiǎn)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(jiǎn)要分析了其優(yōu)缺點(diǎn),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(jì)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(duì)非對(duì)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(jìn)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(shí)測(cè)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)透射窄帶,使用局部微結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵對(duì)液體溫度和折射率進(jìn)行測(cè)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(shí)測(cè)量液體溫度和折射率。
　　 4)簡(jiǎn)要介紹了腐蝕長周期光柵的發(fā)展歷史,并對(duì)局部微結(jié)構(gòu)長周期光纖光柵進(jìn)行了理論分析和仿真,分析了包層厚度對(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)溫度和折射率進(jìn)行測(cè)量,其中溫度敏感度為0.058 nm/℃,折射率敏感度為2691n