基于模間干涉和Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)的混合干涉型光纖傳感器的研究.pdf

1、基于模間干涉和Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)的混合干涉型光纖傳感器除了具有一般光纖傳感器的優(yōu)點外，還具有靈敏度高、對光源要求低等優(yōu)勢，可以對高溫、濕度、曲率、折射率、位移、磁場等多種物理參數(shù)進行精確測量，是目前國內(nèi)外光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。
　　模間干涉型光纖傳感器是采用不同種類的光纖進行對心熔接或者同種光纖進行錯位熔接而成，實現(xiàn)不同模式光間的干涉。當(dāng)外界環(huán)境參數(shù)如溫度、應(yīng)變等變化作用在光纖上時，會導(dǎo)致干涉圖樣與沒有環(huán)境擾動時的干涉圖

2、樣有所不同，通過測量輸出的干涉光譜的變化規(guī)律，就可以解調(diào)出外界環(huán)境參數(shù)及其變化規(guī)律，實現(xiàn)傳感功能。模間干涉型光纖傳感器本身同時充當(dāng)了傳感臂和參考臂的角色，具有結(jié)構(gòu)更緊湊，光路簡單，對光源要求低，功耗小，安裝方便等優(yōu)點。但是，目前模間干涉型光纖傳感器還存在靈敏度不夠高、模間干涉形成的干涉波形消光比較低等不足，這些問題直接限制了此類傳感器的實際應(yīng)用。因此，對如何提高模間干涉?zhèn)鞲衅鞯难苌鋱D樣的消光比，以及設(shè)計更高靈敏度的模間干涉結(jié)構(gòu)來彌補此類

3、傳感器的缺陷的研究具有非常重要的科學(xué)研究價值。
　　本文將從模間干涉的基本理論及傳感原理入手，對如何提高模間干涉?zhèn)鞲衅鬏敵龅母缮鎴D樣的消光比、提高傳感器的靈敏度、構(gòu)造新型傳感器方面進行了研究，提出將單模-保偏-單模(SPS)、單模-多模-保偏-單模(SMPS)及單模-多模-保偏-多模-單模(SMPMS)的模間干涉結(jié)構(gòu)引入到Sagnac環(huán)之中，有效提高了傳感器的消光比和靈敏度。
　　主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)設(shè)計和實

4、現(xiàn)了融合了單模-保偏-單模(SPS)結(jié)構(gòu)與Sagnac環(huán)、融合單模錯位結(jié)構(gòu)和Sagnac環(huán)的兩類混合干涉型光纖傳感器，理論和實驗研究了構(gòu)成Sagnac環(huán)的耦合器分光比對這兩類傳感器干涉圖樣的影響，研究表明，Sagnac環(huán)中引入SPS結(jié)構(gòu)和單模錯位結(jié)構(gòu)，均能提高傳感器干涉圖樣的消光比和傳感器的靈敏度。
　　(2)對基于SPS結(jié)構(gòu)和Sagnac環(huán)的混合干涉型光纖傳感器的溫度和應(yīng)變特性，以及SPS結(jié)構(gòu)中保偏光纖的長度對傳感器應(yīng)變和溫度靈

5、敏度的影響進行了詳細的實驗研究。實驗結(jié)果表明，保偏光纖長度對傳感器的應(yīng)變靈敏度影響不大，實驗測得由不同長度保偏光纖構(gòu)成的傳感器的應(yīng)變靈敏度都保持在21pm/με左右;但是，保偏光纖的長度對傳感器的溫度特性有較大影響，當(dāng)保偏光纖取15cm時，傳感器獲得1.63 nm/℃的最大溫度靈敏度。
　　(3)對基于SPS結(jié)構(gòu)和Sagnac環(huán)混合干涉型光纖傳感器的應(yīng)變與溫度的相互串?dāng)_進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明，此類傳感器的溫度與應(yīng)變串?dāng)_不明顯

6、，在34℃、36℃、38℃、40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃和52℃十個不同溫度環(huán)境下，此類傳感器的應(yīng)變靈敏度都保持在21pm/με左右;在400με、800με、1200με、1600με、2000με、2400με、2800με和3200με八個不同應(yīng)變作用下，此類傳感器的溫度靈敏度維持在1.63 nm/℃左右。
　　(4)為了進一步提高傳感器的測量靈敏度，設(shè)計了融合了單模-多模-保偏-單模(SMPS)結(jié)構(gòu)與Sa