新型長周期光纖光柵特性研究.pdf

1、導師饒云江教授首次發(fā)明了高頻CO2激光脈沖寫入長周期光纖光柵的方法。該方法利用高頻脈沖的熱沖擊效應，由于脈沖能量集中、單個脈沖加熱時間短、因此加熱效率高，能高效率高質(zhì)量地寫入低成本的長周期光纖光柵。本文深入研究了該方法寫入的新型長周期光纖光柵的特性并取得了一些創(chuàng)新性研究成果，主要工作和成果如下： 1、首次系統(tǒng)分析了CO2激光寫入的長周期光纖光柵的形成機理，并把其歸結(jié)為殘余應力釋放、密度變化、摻雜劑熱擴散和熔融變形四個方面。詳細介

2、紹了高頻CO2激光脈沖寫入長周期光纖光柵的方法，該方法寫入的光柵沒有熔融變形。分析了單側(cè)CO2激光加熱導致長周期光纖光柵橫截面折射率分布的不均勻性。 2、詳細闡述了長周期光纖光柵的耦合模理論并提出了個人的見解，運用設定平均有效折射率調(diào)制(-δn)eff而不是設定kL值的方法進行了透射譜的模擬計算，以便更加直觀地理解長周期光纖光柵的實際寫入過程。 3、研究了高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光纖光柵的溫度和軸向應變特性。諧振波

3、長隨溫度和軸向應變線性變化，透射峰幅值隨軸向應變線性減小但對溫度不敏感。定量分析表明諧振波長的溫度和軸向應變靈敏度及其變化方向與光纖類型、模式耦合的階次等因素有關(guān)。提出了在包層外涂一層折射率隨溫度變化的涂覆層或運用軸向應變特性降低諧振波長的溫度敏感性的方法。 4、在國際上獨立發(fā)現(xiàn)了高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光纖光柵的彎曲特性具有明顯的彎曲方向相關(guān)性——圓周360°范圍存在兩個諧振波長(透射峰幅值)對彎曲最敏感的方向和兩個諧振

4、波長(透射峰幅值)對彎曲最不敏感的方向；在諧振波長和透射峰幅值對彎曲比較敏感的圓周方向，諧振波長隨彎曲線性‘藍’移，透射峰幅值隨彎曲線性減小。利用耦合模理論合理解釋了該長周期光纖光柵獨特的彎曲特性。設計了可徹底解決交叉敏感問題的彎曲不敏感的傳感器，不僅可以測量彎曲曲率而且可以判別彎曲方向的彎曲傳感器和可調(diào)增益均衡器。提出了利用彎曲效應降低諧振波長的溫度靈敏度和通過消除彎曲引起的軸向應變效應從而提高彎曲測量精度的方法。 5、在國際

5、上首次了發(fā)現(xiàn)高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光纖光柵諧振波長的扭曲特性具有明顯的扭曲方向相關(guān)性——順時針扭曲時諧振波長線性‘紅’移，逆時針扭曲時諧振波長線性‘藍’移，無論順時針還是逆時針扭曲損耗幅值都近似線性減小。在國際上首次發(fā)現(xiàn)若被扭曲的光纖比被扭曲的光柵長得多，則其諧振波長和幅值的變化將出現(xiàn)周期性起伏。利用扭曲引起圓雙折射進而導致偏振態(tài)變化的相關(guān)理論合理解釋了該長周期光纖光柵獨特的扭曲特性。設計了不僅可以直接測量扭曲率而且可以判別扭曲

6、方向的扭曲傳感器，提出了利用扭曲特性降低長周期光纖光柵偏振相關(guān)性的方法。 6、在國際上首次發(fā)現(xiàn)了高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光纖光柵諧振波長的橫向負載特性具有明顯的負載方向相關(guān)性，圓周0°～180°范圍內(nèi)存在一個諧振波長線性‘紅’移最敏感的方向和一個線性‘藍’移最敏感的方向以及兩個對橫向負載不敏感的方向。損耗峰幅值隨橫向負載線性減小但其靈敏度的方向相關(guān)性較弱。不同圓周方向的橫向負載對諧振波長偏振相關(guān)性的影響的差異較大，但橫向負