基于雙芯光子晶體光纖的干涉測量技術(shù)研究.pdf

1、雙芯光子晶體光纖是近些年發(fā)展起來的新型微結(jié)構(gòu)光纖,憑借獨特的雙導光纖芯結(jié)構(gòu),其在光纖傳感領域占據(jù)著一席之地。本文利用雙芯光子晶體光纖(Dual-Core Photonic Crystal Fiber)傳感單元,研究其傳感理論和特性,實驗研究DC-PCF彎曲和溫度傳感特性,并基于該光纖的自混頻效應,研究其應用于流場顆粒速度測量的可行性。
　　首先,本文研究了雙芯光子晶體光纖的相干合成機理,在確保雙芯光子晶體光纖出射光為單模的前提下,

2、從理論和實驗上分析了干涉條紋的形成原理,結(jié)果表明干涉條紋是在干涉效應和衍射效應交織作用下產(chǎn)生的。在此基礎上,進一步研究了雙芯光子晶體光纖的橫向耦合效應,結(jié)果表明,DC-PCF的兩纖芯存在一定的橫向耦合,且兩纖芯出射的光功率并非恒定相等。
　　其次,由于DC-PCF具有類似于Mach-Zehnder式干涉儀的獨特結(jié)構(gòu),探索了雙芯光子晶體光纖進行各種物理量傳感的可能性,本文分別對彎曲傳感和溫度傳感進行了實驗。在彎曲測量實驗中,得到了光

3、纖彎曲角度與出射光相位變化量曲線,該曲線線性度達到0.9968,這一結(jié)果驗證了理論分析,即雙芯光子晶體光纖中傳輸光的相位差改變量d?與光纖兩端和曲率中心形成的夾角改變量d?成正比。然后,從實驗上探究了DC-PCF對溫度的傳感特性,分別進行了筆直DC-PCF段和彎曲DC-PCF段的升溫實驗,實驗結(jié)果表明,DC-PCF之所以能進行溫度傳感,是因為光纖彎曲時,兩纖芯受溫度場作用時產(chǎn)生的相位差不相等。在光纖處于圈狀時,DC-PCF的溫度傳感曲線

4、具有極高的線性度,達到0.9988,此時,DC-PCF的溫度靈敏度為1.023×104rad/m·℃。
　　最后,基于雙芯光子晶體光纖的自混頻效應,探索開發(fā)出一種新型的測量微粒流速的檢測系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)LDV系統(tǒng),基于DC-PCF的LDV系統(tǒng)的干涉區(qū)域獨特,傳統(tǒng)定義上的控制體并不適用于此系統(tǒng),基于此,提出了“控制面”的說法。成功地搭建了基于DC-PCF的激光多普勒測速系統(tǒng),對運動物體進行了速度的測量與標定,并分析了測量過程中造成頻