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(wèn)世以來(lái)，它在光纖通信以及傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)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(wú)源器件比較，它具有構(gòu)造技術(shù)簡(jiǎn)單，背向反射低，插入損耗小，抗電磁干擾以及對(duì)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(cè)量時(shí)，外界物理量的變化會(huì)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(zhǎng)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(jiǎn)單，與輸入光的偏振態(tài)無(wú)關(guān)等特性。本文主要致力于長(zhǎng)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(shí)利用光纖Sagnac環(huán)濾波器來(lái)提高其測(cè)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(shí)的各種輸出特性。利用Jones矩陣對(duì)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(duì)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(duì)兩個(gè)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(zhǎng)度比為1:2(2:1)的情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)得到的光譜與模擬的光譜吻合良好。
　　 ⑵討論了長(zhǎng)周期光纖光柵的模式耦合特性，在此基礎(chǔ)上研究了其對(duì)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(zhǎng)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(jiǎn)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(cè)液體為蒸餾水和乙醇時(shí)，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(duì)其溫度、應(yīng)變的傳感機(jī)理進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)這些原理設(shè)計(jì)出同時(shí)測(cè)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，