检索结果-南通市图书馆

作者：陈广辉天津大学

学位级别：硕士

光纤光栅以其体积小、重量轻、结构简单、抗电磁干扰等特点,广泛应用于光纤通信系统和光纤传感领域。物联网时代的到来,光纤光栅作为传感基元广泛地分布在各个地方,探测周围的环境变化,为数据中心提供真实可靠的信息,将无时无刻发挥着... 详细信息

光纤光栅以其体积小、重量轻、结构简单、抗电磁干扰等特点,广泛应用于光纤通信系统和光纤传感领域。物联网时代的到来,光纤光栅作为传感基元广泛地分布在各个地方,探测周围的环境变化,为数据中心提供真实可靠的信息,将无时无刻发挥着重要的作用。而长周期光纤光栅因其对外界环境感知更为敏感的优点,在医疗卫生、生物检测、生产监测中扮演着重要的角色。随着空分复用技术的发展,少模光纤重新浮现在大家眼前,而将少模光纤与长周期光纤光栅相结合,会形成一个新的传感器件,即少模长周期光纤光栅(FM-LPFG),因其纤芯内支持的模式多,可用作模式转换器,同时丰富了长周期光纤光栅的研究内容,为光纤传感带来更多的可能性,呈现一个良好的发展态势。针对少模长周期光纤光栅的耦合机理和传感特性,本文进行了以下理论和实验研究工作:(1)采用Matlab和Comsol软件,构建了三层光纤波导模型,从理论上数值仿真了少模长周期光纤光栅纤芯各个模式与包层模的耦合系数和透射谱,分析了光栅周期、折射率调制深度、包层厚度和光栅长度对透射谱的影响;(2)进一步模拟计算了少模长周期光纤光栅的相位匹配曲线、波导色散因子以及温度、应力和周围环境折射率的传感灵敏度,发现位于相位匹配曲线转折点附近的LP模少模长周期光纤光栅在折射率传感灵敏度上比单模长周期光纤光栅要高出两个数量级;(3)搭建了基于高频CO激光直写法的长周期光纤光栅实验装置,成功写制出了少模长周期光纤光栅,并且在温度传感实验中达到-118.36pm?℃的高灵敏度;(4)进一步将聚二甲基硅氧烷(PDMS)裹覆在自制的少模长周期光纤光栅上,在低温范围内实现-414pm?℃的超高灵敏度传感检测。这些实验结果预示着基于少模长周期光纤光栅的传感器件有望在光纤传感中突破现有的传感灵敏度,在温度、应力和折射率检测方面潜在着巨大应用价值。

关键词：长周期光纤光栅少模长周期光纤光栅数值仿真温度传感 PDMS

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少模长周期光纤光栅新型传感器特性研究

少模长周期光纤光栅新型传感器特性研究

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作者：吴文钰上海理工大学

学位级别：硕士

由于长周期光纤光栅(LPFG)对外界环境非常敏感的特点,已广泛应用于生物医疗、航空工业和桥梁道路等领域。随着少模光纤(FMF)的发展与应用,人们开始研制少模长周期光纤光栅(FM-LPFG)。FM-LPFG可支持少数几个纤芯模同时进行传输,不同纤芯... 详细信息

由于长周期光纤光栅(LPFG)对外界环境非常敏感的特点,已广泛应用于生物医疗、航空工业和桥梁道路等领域。随着少模光纤(FMF)的发展与应用,人们开始研制少模长周期光纤光栅(FM-LPFG)。FM-LPFG可支持少数几个纤芯模同时进行传输,不同纤芯模与不同阶次包层模之间的耦合使得传输谱中呈现多个谐振峰,FM-LPFG拓展了光纤光栅在传感领域的应用,丰富了光栅的波长选择性。目前有关FM-LPFG的研究大多集中于实验部分,理论方面的研究相对较少,结构比较单一。为了进一步提高少模光纤光栅传感器对外界环境的响应特性,本文将提高单模长周期光纤光栅(SM-LPFG)传感器性能的结构方法应用于FM-LPFG,结合少模光纤光栅自身的优点,设计具有优良传感特性的新型FM-LPFG传感器,为光纤光栅传感器在灵敏度、分辨率和多参量测量等方面提供了有力的指导。论文第一章简述了少模光纤光栅的发展,详细介绍了FMF的模式表示以及FM-LPFG的耦合模理论。介绍了少模光纤光栅在传感领域的研究现状及应用,分析了光纤光栅高性能传感器的结构设计方法。引入课题提出的背景,给出了论文结构安排及内容。论文第二章将模式垒区和双峰谐振效应结合,设计高灵敏度FM-LPFG折射率传感器。本章基于FM-LPFG耦合模理论,分析了包层模有效折射率随薄膜厚度的响应特性,通过选择合适的薄膜厚度使得FM-LPFG工作在模式垒区。其次,确定光栅周期,分析了FM-LPFG工作在相位匹配转折点附近时不同包层模耦合的双峰谐振特性。最后,研究了位于模式垒区及相位匹配转折点的镀膜双峰谐振FM-LPFG传感器对外界环境的响应特性,该传感器的折射率灵敏度可达18930nm/RIU,比传统非镀膜FM-LPFG传感器的折射率灵敏度提高了一个数量级。此外,在有限的探测时间内,相比于环境折射率变化带来的谐振波长偏移量,温度波动对折射率测量的影响几乎可以忽略不计,能够有效避免折射率探测过程中温度带来的交叉敏感。论文第三章基于FM-LPFG自身损耗峰带宽较小的特点,提出采用级联的方式来进一步减小FM-LPFG的损耗峰带宽,设计了一种新型少模级联长周期光纤光栅(FM-CLPFG)窄带宽折射率传感器。通过选取合适的光栅周期和光栅长度减小各模式下损耗峰之间的互扰并保证较大的损耗峰耦合强度,分析了级联光纤长度和级联光栅段数对损耗峰带宽的影响。综合各参数对损耗峰的影响设计了带宽约为1nm的FM-CLPFG窄带宽传感器,该带宽达到了普通布拉格光纤光栅的带宽大小。在满足窄带宽的要求下,该传感器的折射率灵敏度远高于布拉格光纤光栅传感器的灵敏度,且并不低于常规的LPFG传感器灵敏度。论文第四章提出了一种FM-LPFG和SM-LPFG级联的组合式光纤光栅双参量测量传感器,理论模拟了FM-LPFG和SM-LPFG的折射率和温度传感特性。基于仿真结果刻制了组合式FM-LPFG/SM-LPFG级联结构传感器,进一步通过实验研究了透射谱中相邻两谐振峰对环境折射率和温度的响应特性,两谐振峰分别对应SM-LPFG和FM-LPFG中纤芯模与包层模的耦合。通过建立灵敏度系数矩阵,实现了环境折射率和温度的同时测量。论文第五章探究了少模光纤光栅的刻制过程及传感特性。分析了FMF长度和光纤对接方式对干涉峰峰谷间隔和干涉峰峰值的影响。利用CO激光器刻制了不同类型结构的FM-LPFG传感器,研究了光纤光栅参数对透射谱的影响,实验现象与理论结果一致。进一步探索了FM-LPFG和FM-CLPFG对环境折射率和温度的响应特性,结果显示FM-LPFG中纤芯模与高次包层模耦合形成的谐振峰对环境折射率和温度的灵敏度均高于低次包层模;对于FM-CLPFG,级联后纤芯模与某一阶次包层模干涉形成的各损耗峰灵敏度近似相同。论文第六章对工作内容进行了总结,概括了本文设计的新型FM-LPFG传感器在传感领域的应用及特点。同时指出本文工作的不足,展望FM-LPFG在未来的发展方向。本文对FM-LPFG的实验处于初步探索阶段,在今后的研究工作中,可结合本文的理论模拟结果,制作高性能FM-LPFG传感器。

关键词：少模长周期光纤光栅模式垒区相位匹配转折点窄带宽双参量测量耦合模理论

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少模光纤长周期光纤光栅的研究与应用

少模光纤长周期光纤光栅的研究与应用

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作者：李兵华中科技大学

学位级别：硕士

随着互联网技术的快速发展,对带宽资源的需求越来越迫切。在时间、频率、偏振态和正交性四个维度得到充分利用的情况下,只有空间维度仍存在巨大的研究价值和利用空间,空分复用(space division multiplexing,SDM)技术由此应运而生。少模... 详细信息

随着互联网技术的快速发展,对带宽资源的需求越来越迫切。在时间、频率、偏振态和正交性四个维度得到充分利用的情况下,只有空间维度仍存在巨大的研究价值和利用空间,空分复用(space division multiplexing,SDM)技术由此应运而生。少模光纤(few-mode fiber,FMF)作为SDM的重要传输介质,可以在单根光纤中同时传输多个模式,利用这个特性可以制备出具有独特性能的光纤器件。长周期光纤光栅(long-period fiber grating,LPFG)因其具有体积小、重量轻、抗电磁干扰等优点被广泛应用在光纤通信和光纤传感系统中。利用少模光纤制备的少模长周期光纤光栅(few-mode fiber long-period fiber grating,FMF-LPFG)可以实现多模式之间的耦合,具有多谐振峰的传输特性,丰富了长周期光纤光栅的研究内容,为光纤通信和传感系统提供了更多潜在应用。论文的主要研究内容包括:(1)研究了长周期光纤光栅几种常用的制备方法,分析了各种方法的优缺点,搭建了基于特种光纤熔接机的制备平台,利用电弧放电-微拉锥法完成了少模长周期光纤光栅的制备。该方法有节省成本、平台简单、灵活性高且易操作等优点。(2)基于电弧放电-微拉锥法成功制备出了高质量的少模长周期光纤光栅,其透射谱同时出现了两个谐振峰。研究发现,谐振峰1是纤芯基模LP和低阶包层模LP耦合产生,谐振峰2是纤芯基模LP和高阶纤芯模LP耦合产生。对制备过程中影响少模长周期光纤光栅性能的因素进行了详细分析。(3)研究了少模长周期光纤光栅在传感方面的具体应用。由于两个谐振峰有不同的温度灵敏度和应变灵敏度,用少模长周期光纤光栅实现了温度和应变的可区分测量,测量误差小于3%;还就少模长周期光纤光栅的辐射敏感度进行了研究,揭示了其可以同时实现辐射和温度可区分测量的潜力。

关键词：光纤器件光纤传感少模长周期光纤光栅

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少模长周期光栅实现应变和温度同时测量

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光通信技术 2024年

作者：冯士强黄勇林杨文新南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院

对于光纤光栅传感器存在温度交叉敏感的问题，国内外研究学者提出了许多的方案，但这些方案或需要两个宽带光源或者光谱扫描时间长、光栅制作复杂、成本高等特点。为解决这些问题，本文提出了一种基于少模长周期光栅的新型传感方案。该... 详细信息

对于光纤光栅传感器存在温度交叉敏感的问题，国内外研究学者提出了许多的方案，但这些方案或需要两个宽带光源或者光谱扫描时间长、光栅制作复杂、成本高等特点。为解决这些问题，本文提出了一种基于少模长周期光栅的新型传感方案。该方案是利用少模光纤能够传输基模和少量高阶模的特性，通过调整光栅的周期，实现纤芯模与包层模的有效耦合。系统由两个周期不同的长周期光栅组成，通过耦合器连接，并接入宽带光源和光谱仪。在不同温度和应变条件下，分析光栅中纤芯模与包层模耦合的灵敏度差异，利用矩阵法实现温度和应变的同时测量。结果表示，在0-100℃温度范围内，光栅波长发生红移，耦合后的温度灵敏度分别为0.51286nm/℃ 、0.76143nm/℃。应力在0-500με范围内，光栅波长发生蓝移，应变灵敏度分别为-0.13857nm/με、-0.08229nm/με。该传感方案结构简单，灵敏度高，成本低廉，能够较好地解决光纤光栅传感过程中温度与应变的交叉敏感问题，具有一定的实用价值。

关键词：交叉敏感少模长周期光纤光栅温度应变

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