光纤布拉格光栅结构设计、刻制及性能研究

论文摘要

光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）是光纤内具有空间周期性折射率分布的无源光子器件。FBG反射光谱中心波长随外界参数,如温度、弯曲、应变等,发生漂移,因此将它应用于各个领域的传感监测,但是各类光栅传感器面临着温度交叉敏感问题。双芯光纤（Twin-Core Fiber,TCF）是具有两根平行纤芯的特种光纤,将双芯光纤与光栅结合,设计了双芯光纤光栅结构,能够保持双芯光纤与光栅的光谱特性,有效解决双芯弯曲传感器的温度交叉敏感问题。本文基于相位掩模技术的光栅刻写方法,选用248 nm（ArF）准分子脉冲激光器作为光纤光栅刻写激光器,设计并搭建一套新型光纤光栅刻写系统,刻写一系列布拉格光纤光栅,并测试其反射光谱,同时探究了对光纤载氢预处理和光栅高温退火对光栅的影响。本文在FBG的设计、刻制和传感应用方面进行了探索,主要内容如下:1、利用Rsoft光学仿真软件,进行数值分析计算,建立FBG模型,得到FBG反射光谱,并探究了各个光栅参数对FBG反射光谱的影响。选用248 nm（ArF）准分子脉冲激光器作为光纤光栅刻写激光器,设计并搭建一套新型光纤光栅刻写系统,利用周期为1040 nm掩模板刻写一系列布拉格光纤光栅,并测试其反射光谱,中心波长约为1549 nm,3 dB带宽约为4.5nm,反射深度约为24 dB。针对光路存在不足,提出改进方案,优化光路,得到性能优异的FBG,反射光谱中心波长为1549.53 nm,3 dB带宽为0.5 nm,反射深度约为14 dB。进一步探究了高压载氢和高温退火处理对光栅光谱的影响。最后基于刻制的FBG搭建温度传感系统,对FBG进行温度传感测试,获得了在13oC-50oC温度范围内的温度传感特性,结果表明在此温度范围内的FBG温度灵敏度为9.65×10-3 nm/℃。3、利用Rsoft光学仿真软件,进行数值分析计算,建立双芯光纤模型,设计了一种新型双芯光纤,并分析弯曲和温度传感特性。并针对双芯光纤弯曲传感存在的温度交叉敏感问题,将TCF与FBG结合,设计了一种能够实现弯曲和温度双参量传感的双芯光纤布拉格光栅结构,结果表明在20 cm-60 cm范围内最大弯曲灵敏度为0.05 nm/cm,在20 oC-100oC范围内最大温度灵敏度为0.025 nm/oC。假设波长分辨率为10 pm,则弯曲与温度分辨率分别为0.43cm和1.26 oC。采用相同思路设计了双芯光纤长周期光栅传感结构,并分析弯曲与温度传感特性,结果表明,在20 cm-60 cm范围内最大弯曲灵敏度为0.205 nm/cm,在20 oC-100oC范围内最大温度灵敏度为1.208 nm/℃。假设波长分辨率为10 pm,则双芯光纤长周期光栅的弯曲与温度分辨率分别为0.2 cm和0.079 oC,能够有效识别曲率半径和温度变化。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙蜜雪

导师: 郑加金

关键词: 光栅传感,光纤布拉格光栅,双芯光纤,温度传感,弯曲传感

来源: 南京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 南京邮电大学

分类号: TN253

DOI: 10.27251/d.cnki.gnjdc.2019.000752

总页数: 65

文件大小: 4195K

下载量: 620

相关论文文献

• [1].基于光纤布拉格光栅阵列的刀头磨损实时在线检测[J]. 光学学报 2019(12)
• [2].光纤布拉格光栅解调系统设计及应用[J]. 电子世界 2020(03)
• [3].基于光纤布拉格光栅的二维力传感器设计及实验研究[J]. 仪器仪表学报 2020(02)
• [4].光纤布拉格光栅传感器应变传递双向耦合分析[J]. 光子学报 2020(08)
• [5].掺锗单模光纤布拉格光栅γ辐照损伤实验[J]. 科学技术与工程 2018(05)
• [6].基于少模光纤布拉格光栅的模分复用系统实验研究[J]. 电子学报 2017(03)
• [7].基于布拉格光栅测温解调系统研究[J]. 仪器仪表用户 2017(11)
• [8].一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器[J]. 红外与激光工程 2015(03)
• [9].光纤布拉格光栅地震检波器的实验研究[J]. 地球物理学进展 2012(03)
• [10].应用光纤布拉格光栅监测悬臂梁的变形[J]. 山西建筑 2012(23)
• [11].基于双光纤布拉格光栅的抽运激光器波长锁定器[J]. 中国激光 2008(01)
• [12].液体环境中微纳光纤布拉格光栅的温度特性[J]. 激光与光电子学进展 2017(04)
• [13].光纤布拉格光栅压力传感的分析与计算[J]. 光学仪器 2017(05)
• [14].基于π移相光纤布拉格光栅的高精度温度测量[J]. 激光与光电子学进展 2016(08)
• [15].光纤布拉格光栅脉搏传感织物的设计[J]. 纺织学报 2016(10)
• [16].光纤布拉格光栅传感技术在边坡监测中的应用[J]. 公路交通科技 2013(10)
• [17].光纤布拉格光栅振动传感器研究[J]. 红外 2020(07)
• [18].基于光纤布拉格光栅拉锥的带宽可调微光纤马赫-曾德尔干涉仪[J]. 光学学报 2019(03)
• [19].一种基于光纤布拉格光栅传感器的局部裂纹实时监测方法[J]. 传感器世界 2017(08)
• [20].光纤布拉格光栅结构应变监测系统在船体上的应用[J]. 船舶 2017(06)
• [21].光纤布拉格光栅表面化学镀的研究进展[J]. 材料保护 2012(02)
• [22].基于光纤布拉格光栅加速度传感器的研究进展[J]. 半导体光电 2012(06)
• [23].一种对温度不敏感的光纤布拉格光栅加速度计[J]. 光电子.激光 2010(11)
• [24].大啁啾光纤布拉格光栅的脉冲响应特性研究[J]. 光学学报 2009(11)
• [25].光纤布拉格光栅传感器优化方法研究[J]. 现代电子技术 2018(23)
• [26].再生光纤布拉格光栅的研究进展[J]. 激光与光电子学进展 2018(02)
• [27].滑动式光纤布拉格光栅位移传感器[J]. 光学精密工程 2017(01)
• [28].光纤布拉格光栅压力传感器标定中的不确定度研究[J]. 化工自动化及仪表 2017(03)
• [29].单层结构光纤布拉格光栅光谱特性研究[J]. 光子学报 2016(03)
• [30].边缘滤波法解调的相移光纤布拉格光栅应变传感器[J]. 中国激光 2013(09)

标签：光栅传感论文;  光纤布拉格光栅论文;  双芯光纤论文;  温度传感论文;  弯曲传感论文;