光纖光柵器件及傳感應(yīng)用研究.pdf

1、光纖光柵傳感技術(shù)是傳感領(lǐng)域的主流發(fā)展方向之一。基于波長編碼的光纖光柵傳感器具有不受電磁干擾、靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于波分復(fù)用、易于構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛用于地震監(jiān)測、土木工程、航天航空、海洋探測、石油電力、生物化學(xué)及醫(yī)學(xué)檢測等眾多領(lǐng)域。本論文圍繞幾種新型光纖光柵器件，并就其在光纖傳感中的應(yīng)用進行了深入的理論和實驗研究，取得了若干創(chuàng)新性成果。論文的主要工作歸納如下： 首先從光纖光柵的物理模型出發(fā)，介紹了分析光纖光柵的理論

2、工具(耦合模理論和傳輸矩陣法)，并用其分別對光纖布拉格光柵(FBG)和長周期光柵(LPG)進行了模擬計算，分析了各自光譜特性；闡述了光纖的光敏性機理，介紹了幾種常見的光纖增敏技術(shù)；分析了幾種常用的光柵制作技術(shù)，重點介紹了本論文中所使用的光纖光柵制作系統(tǒng)。 單縱模輸出的短腔光纖光柵激光器在傳感應(yīng)用中具有重要應(yīng)用價值。首先介紹了光纖光柵激光器理論，并分析了實現(xiàn)單縱模輸出的條件。然后介紹了短腔光纖光柵激光器的制作方法，并利用短腔光纖光

3、柵激光器產(chǎn)生的偏振拍頻信號進行應(yīng)變與溫度同時測量、橫向壓力負載測量。實驗結(jié)果表明，光纖光柵激光器具有比普通FBG更高的靈敏度。其次是利用短腔光纖光柵激光器作水聽器，測量高頻醫(yī)學(xué)超聲波。研究了光纖包層直徑與水聽器響應(yīng)之間的關(guān)系，設(shè)計了專用的光纖腐蝕工藝和實驗裝置，給出了詳細的實驗過程和分析結(jié)論。 研究了光纖光柵折射率傳感中的中的兩個關(guān)鍵問題，即如何提高靈敏度和解決溫度交叉敏感問題。詳細分析了長周期光纖光柵用于折射率傳感的原理，提出

4、了內(nèi)插光纖錐LPG干涉儀用于提高折射率傳感靈敏度；同時，就溫度交叉敏感問題提出了三種不同的解決方案，包括夾層LPG結(jié)構(gòu)、雙LPG結(jié)構(gòu)、內(nèi)插光纖錐多模光纖FBG對結(jié)構(gòu)，分別介紹了它們對折射率與溫度同時測量的原理，并用實際制作的光纖光柵傳感器進行了相關(guān)的折射率和溫度測量實驗，最后對實驗結(jié)果進行了分析討論。 介紹了幾種常用的光纖光柵傳感器信號解調(diào)方案，分析了各自的工作原理、優(yōu)缺點及相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域。提出了兩種新型的解調(diào)方法，首先詳細闡述