基于化學腐蚀法的光纤传感器件研究.doc

天津理工大学 硕士学位论文 基于化学腐蚀法的光纤传感器件研究 姓名：张春雨 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：杨秀峰 201112  化学腐蚀法制备光纤传感器件是目前为止最为简单和流行的一种方法，其直接利用 自光纤传感器应用以来，引起了人们广泛的关注，它有许多其他传感器无法取代的 优点，拓宽了光纤技术的应用范围，在光纤传感领域逐渐成为一种具有竞争力的技术。 本文主要致力于局部微结构光纤光栅?????????? ?通过腐蚀多模光纤端面成功地制备出??传感器，对其温度和应变的传感机理进 行了理论分析，并设计了一种结构实验研究了??的温度和应变特性。此结构中 ??作为传感头，使用等腰三角形等强度梁进行应变的测量。在???℃的温度 范围内，干涉波移动非常小。在???胪范围内，??传感器的应变灵敏度为 ????刀研／胆，线性拟合度为???。 ??? ??传感器  ????? ??? ? ? ?锄???纳％舶? ??? ? ? ? ? ?? ? ????瓵 ? ?啪???? ????? ??璯?????? ?? ?? ??? ?????、?恤? ??? ??“??????? ?助? ?? ?????? ?助? ????籹?????? ????，?? ??印????? ???? ?????????? ??? ? ?????? ??? ????? ????? ??? ?? ??? ????? ???? ???產??眞???郼? ??? ???? ???? ??? ?眜?，Ⅱ? ?? ?血? ????餾?? ?? ???琽???? ??? ?? ? ??籱????甌? ??? ? ??? ?????? ???猰??秂?????—??，? ??? ? ? ??? ? ????? ?℃???妫甌? ?阛? ??? ?鷓???? ???????时? ??撕? ????． ???，????? ???  第一章绪论 第一章绪论 光纤光栅作为光通信与光传感领域一门新兴技术，一定会掀起人们研究的浪潮。 视。 图??早期光纤光栅制作装置 由?鷇和???提出的。色心模型指出吸收中心位于紫外波段，使?掺杂光纤在紫 该模型的合理性。 使光纤曝光得到布拉格光纤光栅。该方法降低了光源的相干性要求，使光纤光栅的制作  第一章绪论 全扩散进入到光纤纤芯中，然后再进行刻写，使光诱导折射率变化提高到?五。 ?瓽?等人于??年通过实验研究了光纤光栅的压力传感特性【?】，得出压力灵敏 度为一?羖?咛黰／脚。经过十年来的发展，光纤光栅的写入效率不断的提高为光纤光栅 实用化奠定了基础，使光纤光栅具有潜在的应用价值，从此掀起了世界各国对光纤光栅 的研究浪潮。 随着光栅出现至今的?年里，随着光纤光栅技术的日益成熟，科学家的深入研究 和商业化的需求不断增大。目前，作为最具有活力的光无源器件光纤光栅的各种用途如 雨后春笋般涌现出来，种类繁多，特性各异。根据不同的需要人们将光纤光栅的分为很 多种，尽管分类方法不是完全相同，但是综合看来主要从光纤光栅光敏机制、波矢方向、 周期大小和折射率分布等方向分类。它的分类见表??。  第一章绪论 率带宽较窄???畁?和较高的 光纤激光器 光栅条纹与光纤轴成一个角度， 光栅【?】 栅格周期变化是非线性的，反射 的性能以及光纤传 带宽较宽。 感测量的需要【?】 具有多个透射窗口，透射窗口在实现??增益平 反射谱中的位置取决于相移的 大小，而透射窗口的深度取决于 相移在光栅波导中出现的位置 具有??的包层模耦合特性， 栅，其栅格周期不发生变化，但 折射率幅度随某些调制函数关 系改变，不同函数选取影响旁瓣 抑制效果 滤波器、通道选择器  第一章绪论 制作 由不间断的多个?光或 者能量相对来说比较弱的 多个?光脉冲进行曝光 透射谱非常理想，折射率 变化不大，反射率较高， 用能量密度很高的激光脉 反射率高，热稳定性好， 但具有较大的包层模或 者辐射模的损耗 冲照射掺锗光纤，使其纤 芯损伤 步延长曝光时间而成 好，但不及?型光纤光栅 ??光纤光栅的应用 ?耐腐蚀：其表面有高分子材料作为涂覆层保护着，抗酸碱腐蚀能力强。适合工 作在油田、矿井、煤气附近等非常危险、恶劣的环境中，适合长期健康监测智能结构。 ?测量对象广泛：光纤光栅传感器测量的物理量主要有：温度、压力、应变、扭 角、位移、电流、折射率、振动、浓度、速度、加速度、辐射等，它不仅可以测量单参 量，也可以进行多参量的同时测量。  第一章绪论 筑的参量测量与监测。 ?与光纤之间存在天然的兼容性 由于光纤光栅有许多独特的优点，它逐渐的改善了传统的设计方法，引起了各国科 光纤光栅是一种新颖光学器件，是光纤通信系统的基本元件，其发展速度