懸掛單芯及雙芯光纖長周期光柵傳感特性研究.pdf

1、長周期光纖光柵（Long period fiber gratings，LPGs）由于其獨特的成柵原理，迅速成為研究熱點。本文研究了基于懸掛單芯光纖和懸掛雙芯光纖的長周期光纖光柵，討論了用高頻二氧化碳（CO2）激光器制作長周期光纖光柵的參數(shù)和具體方法。分析了兩種懸掛芯光纖光柵內(nèi)與纖芯基模耦合的包層模式，并對它們的傳感特性進(jìn)行了測量分析。
　　首先用自制搭建的高頻CO2激光器光柵寫入系統(tǒng)在單芯懸掛芯光纖上寫入LPGs，利用耦合模理論，

2、通過有限元建模分析方法，對單芯懸掛芯光纖內(nèi)的模場進(jìn)行分析。分析該特種光柵的耦合特性，得出單芯懸掛芯光纖長周期光纖光柵源于纖芯基模LP01和包層模LP91模的互相耦合，仿真結(jié)果與實驗結(jié)果相吻合。其次，對該特種長周期光纖光柵的溫度、彎曲和應(yīng)力傳感特性進(jìn)行了測量，靈敏度分別為55 pm/℃、1.02 nm/m-1和0.3pm/με。實驗結(jié)果表明，與單模光纖（Single mode fiber，SMF）的LPGs相比，單芯懸掛芯光纖光柵對彎曲和

3、應(yīng)力不太敏感，對溫度的敏感度與SMF-LPGs相似。另外，我們還研究了曝光方向?qū)涡緫覓煨竟饫wLPGs的彎曲特性的影響，由于該光纖的纖芯偏離光纖軸線，導(dǎo)致曝光方向?qū)涡緫覓煨竟饫wLPGs的彎曲方向傳感影響較大。
　　類似地，對于雙芯懸掛芯光纖 LPGs，研究了曝光方向和光柵周期對光柵諧振峰的影響，雙芯懸掛芯LPGs內(nèi)的耦合特性，以及這種特種光柵的傳感特性。仿真結(jié)果表明，在860nm處，雙芯懸掛芯光纖長周期光纖光柵源于LP01基模與

4、LP81包層模的耦合，這也與實驗結(jié)果相一致。對于其傳感特性，實驗數(shù)據(jù)顯示，雙芯懸掛芯長周期光纖光柵的彎曲靈敏度最大只有0.6 nm/m-1，在特殊的彎曲方向比如90o，靈敏度可低至0.03 nm/m-1。另外，這種光柵對溫度靈敏(55 pm/℃)但對應(yīng)力不靈敏（0.09 pm/με），因此可用作不受應(yīng)力影響的溫度傳感器。
　　相比于單芯懸掛芯光纖，雙芯懸掛芯光纖中的LPGs的彎曲和應(yīng)力靈敏度比單芯懸掛芯長周期光柵的彎曲和應(yīng)力靈敏度