倾斜光纤光栅的谱特性与折射率传感特性研究
本文关键词： 倾斜光纤光栅(TFBG) 结构参数 光谱特性 级联 高精度折射率传感 出处：《南京邮电大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：倾斜光纤光栅(TFBG)是一种结构特殊的无源器件,有着重量轻、体积小、抗电磁干扰、可重复使用等诸多优势,所以在光纤通信和传感领域开辟了一片新的天地。本文利用OptiGrating光学仿真软件和Matlab对不同结构的TFBG、级联TFBG以及TFBG在不同环境折射率介质中的光谱变化情况进行仿真,主要内容如下:首先介绍了TFBG的发展历程和研究现状,分析TFBG的基本结构,导出TFBG纤芯基模、包层模以及辐射模的反射率、布拉格谐振波长和包层模谐振波长、条纹可见度等表达式。其次分析了不同结构参数对TFBG光谱特性的影响,包括倾斜角、纤芯包层参数、光栅周期、栅长及折射率调制深度对透射光谱的影响,总结了不同结构参数间的相互补偿作用。最后研究了级联TFBG结构(包括两级相同结构光栅之间的级联、不同结构光栅之间的级联、多级级联等),分析不同级联结构的光谱特性。将单个TFBG结构和级联TFBG结构应用于折射率传感检测,发现微小折射率的变化令在波长1.542μm附近的高阶包层模对环境折射率尤为敏感,并且在一定的变化范围内灵敏度极高,最高能达到10-5数量级,可以应用在高精度折射率传感领域,同时对比发现,级联结构能将折射率探测精度提高1倍。
[Abstract]:Tilted Fiber Bragg grating (TFBG) is a special passive device with many advantages, such as light weight, small volume, anti-electromagnetic interference, reusable and so on. Therefore, a new field has been opened in the field of optical fiber communication and sensing. In this paper, we use OptiGrating optical simulation software and Matlab to simulate the spectral changes of different structure TFBGs, cascaded TFBG and TFBG in different refractive index media. The main contents are as follows: firstly, the development and research status of TFBG are introduced, the basic structure of TFBG is analyzed, the reflectivity of core mode, cladding mode and radiation mode, Bragg resonance wavelength and cladding mode resonant wavelength are derived. Secondly, the effects of different structural parameters on the spectral characteristics of TFBG are analyzed, including inclination angle, core cladding parameters, grating period, grating length and refractive index modulation depth. Finally, the cascade TFBG structure (including the cascade between two levels of the same structure grating, the cascade between different structure gratings) is studied. The spectral characteristics of different cascaded structures are analyzed by multistage cascade isobaric method. Using single TFBG structure and cascaded TFBG structure in refractive index sensing detection, it is found that the change of micro refractive index makes the high-order cladding mode near the wavelength 1.542 渭 m more sensitive to the environmental refractive index. And the sensitivity is very high in a certain range, the highest can reach 10-5 order of magnitude, which can be used in the field of high-precision refractive index sensing. It is also found that the cascade structure can improve the refractive index detection accuracy by twice.
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN253
【参考文献】
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，本文编号：1503255
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