新型模式干涉光纤传感器及保偏光纤特性的研究

论文摘要

现代社会,光纤传感技术在环境检测、精细控制、生物传感和军事安防等方面都发挥着重要作用,光纤传感器作为光纤网络中不可或缺的组成部分,逐渐受到了更广泛的关注和更多的研究。光纤传感器本身具有灵敏度高、抗电磁干扰、可在复杂环境下进行测量等优点,而基于模式干涉的光纤传感器其结构紧凑、可进行多参量同时测量,成为现代传感技术的一个重要方向。本文主要对新型的模式干涉型光纤传感器进行了研究,通过对包括无芯光纤、多模光纤、保偏光纤等特种光纤的使用,制作并研究了多种基于模式干涉的光纤传感器件,详细分析了其光谱特性,并且实验验证了其对不同物理参量变化的响应结果。在此基础上,通过对保偏光纤的研究,提出了新型的偏振保持少模光纤模型,仿真分析了其模式特性。本文主要研究内容如下:1..提出了一种基于无芯光纤的模式干涉型光纤传感器。在基本的单模光纤-无芯光纤-单模光纤的基础上,加入光纤光栅和熔融拉锥技术,得到了基于无芯光纤的复合型光纤传感器,通过实验,获得了上述传感器对于轴向应力、温度双参量同时测量的数据,实验结果表明,在给定范围内,所选取的干涉峰和光纤光栅反射峰对于轴向应力的灵敏度为-2.93pm/με、0.823pm/με,对于温度的灵敏度为115.48pm/℃和8.24pm/℃,在以上数据的支持下,获得了双参量同时测量的矩阵表达式。2..提出了一种基于熊猫型保偏光纤的多模光纤-保偏光纤-多模光纤的复合型传感器,对保偏光纤双折射特性进行了分析和说明,同时通过实验测量了该光纤传感器对应力和温度的传感特性,得到了良好的线性拟合结果,获得了双参量同时测量的矩阵表达式。在此基础上,使用保偏光纤制作了保偏光纤-多模光纤-保偏光纤传感器,在相同的实验条件下,完成了关于保偏光纤不同结构的对比实验。3.提出了一种基于熊猫型保偏光纤和光纤腐蚀加工的复合型光纤传感器。通过对光纤进行腐蚀处理,使其对外界环境参量的变化更加敏感,获得了腐蚀后光纤传感器对于折射率和温度同时测量的结果,所选取的两个干涉峰对于折射率的灵敏度为 237.837nm/RIU、318.279nm/RIU,温度灵敏度为 0.188nm/℃ 和0.160nm/℃,其折射率敏感度具有较好的竞争力。4.提出了一种基于保偏光纤和多层芯光纤的少模光纤模型,通过仿真得到其模场图和传输性能,该光纤可以容纳12个特征模式的同时传输,同时,通过对纤芯进行椭圆化处理,分别获得了可以同时传输16个和22个特征模式的纤芯结构,为之后新型少模光纤的制作提供了新思路。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 董常彬

导师: 简水生

关键词: 光纤传感器,马赫曾德尔干涉仪,模式干涉,无芯光纤,保偏光纤,双参量测量,多层芯光纤,少模光纤

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 北京交通大学

分类号: TN253;TP212

总页数: 133

文件大小: 11469K

下载量: 645

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标签：光纤传感器论文;  马赫曾德尔干涉仪论文;  模式干涉论文;  无芯光纤论文;  保偏光纤论文;  双参量测量论文;  多层芯光纤论文;  少模光纤论文;