光纖光柵傳感及Sagnac環(huán)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、自從20世紀(jì)70年代光纖光柵問世以來，它在光纖通信以及傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。長周期光纖光柵的柵格周期一般在幾十至幾百微米，和其它無源器件比較，它具有構(gòu)造技術(shù)簡單，背向反射低，插入損耗小，抗電磁干擾以及對偏振影響不敏感等優(yōu)點(diǎn)，從而成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。由于保偏光纖特殊的橫截面結(jié)構(gòu)，在其上刻寫布拉格光柵相當(dāng)于在快慢軸上分別刻寫光纖布拉格光柵，當(dāng)其用于傳感測量時，外界物理量的變化會影響保偏光纖和布拉格光柵的光學(xué)特性，保偏光纖布拉格光柵的快慢

2、軸諧振波長發(fā)生漂移，從而可實(shí)現(xiàn)傳感的目的。光纖Sagnac環(huán)濾波器作為光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域的重要器件，具有制作簡單，與輸入光的偏振態(tài)無關(guān)等特性。本文主要致力于長周期光纖光柵和保偏光纖布拉格光柵的傳感特性研究，同時利用光纖Sagnac環(huán)濾波器來提高其測量的靈敏度。具體工作如下：
　　 ⑴分析了在光纖Sagnac環(huán)中加入不同介質(zhì)時的各種輸出特性。利用Jones矩陣對帶有均勻光纖布拉格光柵、高雙折射光纖的Sagnac環(huán)進(jìn)行了理論研究

3、，并采用MATLAB軟件對其進(jìn)行了數(shù)值模擬。詳細(xì)分析了帶有一段高雙折射光纖和兩段高雙折射光纖Sagnac環(huán)的透射特性。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，對兩個帶有單段高雙折射光纖Sagnac環(huán)直接串聯(lián)且兩段高雙折射光纖長度比為1:2(2:1)的情況進(jìn)行了實(shí)驗驗證，實(shí)驗得到的光譜與模擬的光譜吻合良好。
　　 ⑵討論了長周期光纖光柵的模式耦合特性，在此基礎(chǔ)上研究了其對溫度、軸向應(yīng)變、橫向負(fù)載和環(huán)境折射率的響應(yīng)特性。利用長周期光纖光柵環(huán)境折射率的響

4、應(yīng)特性，制作了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、靈敏度高的液位傳感器，當(dāng)液位在0～17.5mm范圍內(nèi)變化且所測液體為蒸餾水和乙醇時，LPFG透射功率分別變化了6.8719dB和13.4360dB，其靈敏度為0.3896dB/mm和0.7678dB/mm。
　　 ⑶介紹了保偏光纖布拉格光柵的基本特性，并對其溫度、應(yīng)變的傳感機(jī)理進(jìn)行了理論和實(shí)驗研究。根據(jù)這些原理設(shè)計出同時測量溫度和軸向應(yīng)變的傳感結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中，保偏光纖布拉格光柵作為傳感頭，