光纤光栅传感及Sagnac环关键技术的研究-通信与信息系统专业论文.docxVIP

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 又律班工九学 或 其他教育机构的学位成证书而使用过的材料。与我一间工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并农示了谢窟。 学位伶机签名: 鸣 斜日期 :ν11 年川们 学位怆文版机使用投机书 本学位论文作者完全了解 久哮理工太学有关保留、使用学位论文 的规定。特授权久哮嫂 :L.九学 可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印戒扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门成机构送交论文的复本和电子 文件。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明) 学问问名:丸叫 斜日期: 1^\1 年〉月 4日 导坪签忍:钊Jl采 答字叫期 :y|l 年》月 d町 摘要 自从 20 世纪 70 年代光纤光栅问世以来，它在光纤通信以及传感领域得到了广泛的 应用。长周期光纤光栅的栅格周期一般在几十至几百微米，和其它无源器件比较，它具 有构造技术简单，背向反射低，插入损耗小，抗电磁干扰以及对偏振影响不敏感等优点， 从而成为当前的研究热点。由于保偏光纤特殊的横截而结构，在其上刻写布拉格光栅相 当于在快慢轴上分别刻写光纤布拉格光栅，当其用于传感测量时，外界物理最的变化 会影响保偏光纤和布拉格光栅的光学特性，保偏光纤布拉格光栅的快慢轴谐振波长 发生漂移，从而可实现传感的目的。光纤 Sagnac 环滤波器作为光纤通信和光纤传感 领域的重要器件，具有制作简单，与输入光的偏振态无关等特性。 本文主要致力于长周期光纤光栅和保偏光纤布拉格光栅的传感特性研究，同时利用 光纤 Sagnac 环滤波器来提高其测量的灵敏度。具体工作如下$ 1) 分析了在光纤 Sagnac 环中加入不同介质时的各种输出特性。利用 Jones 矩阵对带有 均匀光纤布拉格光栅、商双折射光纤的 Sagnac 环进行了理论研究，并采用 MATLAB 软件对其进行了数值模拟。详细分析了带有一段高双折射光纤和两段高双折射光纤 Sagnac 环的透射特性。在数值模拟的基础上，对两个带有单段高双折射光纤 Sagnac 环直接串联且两段商双折射光纤长度比为 1:2 (2:1) 的情况进行了实验验证，实验 得到的光谱与模拟的光谱吻合良好。 2) 讨论了长周期光纤光栅的模式祸合特性，在此基础上研究了其对温度、轴向应变、 横向负载和环境折射率的响应特性。利用长周期光纤光栅环境折射率的响应特性， 制作了…种结构简单、戚本低廉、灵敏度高的液位传感器，当液位在 017.5mm 范 围内变化且所测液体为蒸偏水和乙醇时， LPFG 避射功率分别变化了 6.8719dB 和 13.4360dB ，其灵敏度为0.3896dB/mm 和 0.7678dB/mm 3) 介绍了保偏光纤布拉格光栅的基本特性，并对其温度、应变的传感机理进行了理论 和实验研究。根据这些原理设计出同时测量温度和轴向应变的传感结构。在此结构 中，保偏光纤布拉格光栅作为传感头，光纤 Sagnac 环作为边沿滤波器件用于将保偏 光纤布拉格光栅快慢轴谐振波长的变化转换成功率的变化，测量快慢轴对应的谐振 波长差和功率袭来实现温度和轴向应变的同时测最，当温度和轴向应变的范因为 30.C --90.C 和 0 ，4_ 80μs 时，其灵敏度分别为 -0.672pmJ.C 、-0.0236dB/C 、 o pm / f.J 和-0.00361 dB / μ8 0 关键词:高双折射光纤， Sagnac 环镜，长周期光纤光栅，保偏光纤布拉格光栅 Abstract Since the 1970s，the fiber Bragg grating has been extensively used in the fields Of Optical communicati On and Optical sensing. Long PeriOd Fiber Bragg Grating has the grating periOd 仕om dOzens tO hundreds micrOns. COmpared wi白Other p部sive ∞mpOnen钮， it is mOstly concerned these years because Of its simple structure，lOw back-reflecti On，little insertiOn lOss， anti-electrOmagnetic int町ference and pOlarizatiOn ins