超高温光纤光栅的性能研究

论文摘要

当前,光纤光栅的发展比较成熟,且光纤光栅传感器已被应用于各行各业。然而,在极端环境下比如高温环境(大于300℃),光纤光栅的研究存在一些难点和困难,也是目前比较热门的研究方向。虽然有些理论还不够成熟例如再生光纤光栅.的理论模型,但本论文从理论与实验相结合的角度,深入分析了超高温光纤光栅的成栅技术及实验结果。本论文主要从以下三个方面进行了相关研究,现将主要工作总结如下:首先,从课题研究的背景出发,概述了当前超高温光纤光栅的发展与应用状况。分别介绍了当前主要超高温光纤光栅的种类及它们的发展状况,从当前市场应用的角度,给出自己对超高温光纤光栅发展前景的描述。其次,从基础方法研究方面,比较详细地推导了光纤光栅的耦合模理论及传输矩阵法,介绍了光纤光栅的分类及主要的制备方法,并对光纤光栅进行了理论仿真,给出一些光纤光栅的反射谱和透射谱,并分析出其长度和折射率调制深度的变化会对光谱产生一定的影响。研究了种子光栅在退火过程中的反射峰值功率及光栅擦除时间和新光栅生长完成时间之间的关系模型。从理论上对光纤光栅的温度、应变与中心波长之间关系进行分析,推导出光纤光栅温度、应变灵敏度分别与温度、应变和中心波长之间的关系。再者,从实验方法研究方面,介绍了可以应用在超高温环境中的再生光纤光栅的制备方法,详细介绍了再生光纤光栅的形成机理及其制备过程。此外,通过实验分析种子光栅热处理温度与反射峰值功率、光栅擦除时间、新光栅生长完成时间之间的关系,通过Matlab编程进行数据拟合,得出它们之间关系的拟合曲线。采用对种子光栅实施高温退火的方法,制备出再生光纤光栅并研究其与种子光栅的温度与应变特性。在高温测试方面,研究在不同温度下其中心波长和温度之间的关系曲线,得出其温度灵敏度;在应变测试方面,采取不同直径的再生光纤光栅分别在不同温度下进行应变测试,计算出应变灵敏度,并得出减小包层可以增加其应变灵敏度,温度对应变灵敏度的影响不大的实验结论。通过实验定量分析了不同光栅的机械强度,验证了种子光栅经过高温退火以后,其轴向所能承受的应力会大幅度降低。

论文目录

致谢

摘要

ABSTRACT

1 引言

1.1 选题的背景与意义

1.2 光纤光栅的发展及应用

1.2.1 在光通信中的应用

1.2.2 在传感中的应用

1.3 耐高温光纤光栅传感器的研究现状

1.3.1 飞秒激光制备光纤光栅的研究现状

1.3.2 再生光纤光栅的研究现状

1.3.3 蓝宝石光纤光栅的研究现状

1.4 论文的主要内容和章节安排

2 光纤光栅的理论模型及制备方法

2.1 光纤光栅的基本概念

2.1.1 光纤基础

2.1.2 光纤光栅基本理论基础

2.2 光纤光栅的耦合模理论及传输矩阵法分析

2.2.1 光纤光栅的耦合模理论推导

2.2.2 传输矩阵法分析

2.3 光纤光栅的光敏性机理

2.3.1 光纤光栅的光敏性微观模型

2.3.2 光纤的增敏方法

2.4 几种常见的光纤光栅及光谱分析

2.4.1 按周期分类

2.4.2 按形成机理分类

2.4.3 按波导结构分类

2.4.4 按材料分类

2.5 本章小结

3 再生光纤光栅的模型分析及制备方法

3.1 光纤光栅高温衰退的微观机理

3.2 再生光纤光栅的重生模型

3.2.1 化学物质扩散模型

3.2.2 应力松弛模型

3.3 再生光纤光栅的模型研究及影响因素

3.3.1 再生光纤光栅反射峰值功率与时间关系模型研究

3.3.2 新光栅重生过程中时间与加热温度关系模型研究

3.4 再生光纤光栅的制备

3.4.1 种子光栅的制备

3.4.2 高温退火制备再生光纤光栅

3.5 本章小结

4 种子光栅与再生光纤光栅的特性研究

4.1 光纤光栅的温度应变传感特性理论分析

4.1.1 光纤光栅的温度传感特性理论分析

4.1.2 光纤光栅的应变传感特性理论分析

4.2 种子光栅的高温应变特性研究

4.2.1 种子光栅的温度特性研究

4.2.2 种子光栅的应变特性研究

4.3 RFBG的性能研究

4.3.1 光栅重生的主要影响因素研究

4.3.2 再生光纤光栅的温度特性研究

4.3.3 再生光纤光栅的应变特性研究

4.4 应变断点的测量

4.5 本章小结

5 结论

5.1 论文总结

5.2 下一步研究计划

参考文献

作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭阔

导师: 宁提纲

关键词: 光纤光栅,再生光纤光栅,超高温光纤光栅,温度与应变特性,高温退火

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

DOI: 10.26944/d.cnki.gbfju.2019.000335

总页数: 84

文件大小: 5422K

下载量: 272

超高温光纤光栅的性能研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢