磁光光纖Bragg光柵磁場傳感特性研究.pdf

1、光纖光柵(FiberGrating)作為光子研究領域的一種新興技術，極大地拓寬了光纖技術的應用范圍。目前，以布拉格光纖光柵(FBG-FiberBraggGrating)為傳感器件的傳感器已成為研發(fā)主流。本文以磁光光纖Bragg光柵為研究對象，對其光譜特性及其在傳感方面的應用進行了研究，對磁光光纖Bragg光柵在光信息處理方面的其它應用作出了展望。本文的工作如下： 1.在耦合模理論和磁光學的理論基礎上，推導了磁光光纖Bragg光柵

2、的耦合模方程，該方程可用于研究磁光光纖Bragg光柵的傳輸特性。通過建立的仿真模型進行研究，結果表明在線偏光輸入時，在外加磁場作用下，由于法拉第磁光效應產生了模式轉換光，其透射譜中帶隙會隨磁場的增加而分裂，出現兩條尖銳的譜線，譜線的波長間隔隨外加磁場的增加而增加。以此為基礎設計了基于磁光光纖Bragg光柵的磁場傳感器。 2.分析了光柵的參數，如Bragg波長和材料的磁光系數等對傳感器的靈敏度、動態(tài)范圍的影響。發(fā)現增加Bragg波

3、長不但可以提高傳感器靈敏度，而且可以增加傳感器動態(tài)范圍；選擇磁光系數高的材料制作磁光纖光柵傳感器可以提高傳感器的靈敏度，但是卻會減小傳感器的動態(tài)范圍。當外界溫度的變化，只會使尖銳譜線在光譜上發(fā)生平移，其光譜的相對位置并不會發(fā)生改變，所以這種磁場傳感器具有溫度不敏感性。為了提高傳感器的動態(tài)范圍，還研究了圓偏振光輸入情況下的光譜情況，發(fā)現利用左旋和右旋圓偏振光的反射譜同樣可以進行磁場傳感。只是圓偏振光反射譜線的精細度沒有線偏光輸入時的尖銳譜

4、線高，但是利用圓偏振光進行傳感沒有動態(tài)范圍的限制。 3.研究了適用于磁光光纖光柵傳感器的信號解調檢測方法--偏振相關損耗(PDL)檢測方法。包括光柵參數如光柵長度、折射率調制深度對PDL的影響，不同光柵長度下能測量磁場的動態(tài)范圍，分析了波長漂移測量方法和偏振相關損耗測量方法的測量靈敏度和實用性以及偏振相關損耗方法對溫度的敏感性。 4.磁光光纖光柵的特點在于其磁光可控的靈活性，在光信息處理的其它領域也可以有應用。對磁光光纖