薄包層長周期光纖光柵傳感器.pdf

1、導師饒云江教授于2000年發(fā)明了用高頻CO2激光脈沖在光纖單側(cè)加熱寫入長周期光纖光柵的方法。數(shù)年來,課題組對其制作方法、成柵過程、基本特性以及實際應用等諸多方面進行了系統(tǒng)深入的研究,現(xiàn)已漸成體系。本文先用HF溶液腐蝕掉部分包層,然后在這種薄包層的光纖上寫入長周期光纖光柵。該光柵既有小直徑光柵對外界折射率敏感的優(yōu)點,又加強了高頻CO2激光脈沖寫入LPFG后光柵折射率分布不均的特點,本文對其部分特性進行了實驗研究,取得了一些創(chuàng)新性研究成果。

2、主要工作和成果如下： 1、首次報道了在薄包層光纖上用高頻CO2激光脈沖寫入的長周期光纖光柵(LPFG),并分析了該類薄包層LPFG橫截面折射率的分布。結(jié)合LPFG的腐蝕實驗,通過傳輸譜圖的比較發(fā)現(xiàn)：先腐蝕光纖包層后寫入光柵的方法較先寫入光柵后腐蝕包層的方法更能有效地調(diào)整諧振波長。分別利用這兩種薄包層的長周期光纖光柵做折射率傳感實驗,進一步驗證了減小包層直徑可以顯著提高LPFG的折射率敏感特性。 2、首次對薄包層的光纖上用

3、高頻CO2激光脈沖寫入長周期光纖光柵的基礎特性(溫度,應變,扭曲,彎曲)進行了系統(tǒng)實驗研究和分析,經(jīng)過比較,發(fā)現(xiàn)其溫度、應變、扭曲和彎曲特性與未腐蝕時及先寫入光柵后腐蝕時相應特性規(guī)律基本一致.諧振波長隨溫度線性漂移,靈敏度為0.1 nm·℃-1,損耗峰幅值對溫度不敏感。應變靈敏度變小,諧振波長對應變的靈敏度為-0.14nm/mε,損耗峰幅值對應變的靈敏度為0.18dB/mε。扭曲特性具有明顯的扭曲方向相關(guān)性,即順時針扭曲時諧振波長線性‘

4、紅’移；逆時針扭曲時諧振波長線性‘藍’移,諧振波長隨扭曲變化的靈敏度的絕對值均約為0.04nm/(rad·m-1),諧振波長和損耗峰幅值的彎曲特性具有較強的彎曲方向相關(guān)性。 3、長周期光纖光柵應用于化學傳感時,只有外部環(huán)境折射率小于且接近于光纖包層的折射率時才有較高的靈敏度,這就在很大程度上限制了其在化學檢測方面的應用,同時不具有化學敏感特定性。本文首次利用LB技術(shù)將碳納米管薄膜鍍于普通長周期光纖光柵、腐蝕后的長周期光纖光柵以及