基于光纤光栅的Sagnac光纤光子器件研究

发布时间：2020-04-05 22:23

【摘要】：光纤光栅作为一种光纤光学器件,可以将其应用在传感领域,扩展了光纤传感技术的发展空间。利用光纤光栅的选频特性对入射光进行滤波,可形成传输型的滤波器,应用在光纤通信领域。而随着光纤光栅制作技术的成熟,更多不同种类的光纤光栅(长周期光纤光栅,倾斜光纤光栅,微纳光纤光栅等等)制作成功,使其应用范围越来越广,得到了越来越多研究人员的研究。Sagnac效应在1913年被法国人G.Sagnac首次提出,并通过实验进行了验证。光纤Sagnac环由于其具有高稳定性、易于制造、成本低的优点,广泛应用于光纤通信和光纤传感中。伴随着光纤通信和光纤传感技术的蓬勃发展,光纤Sagnac环结构成为光纤通信和光纤传感器件中的重要研究领域。本文的主要研究内容包括:1.采用经典耦合模的理论对光纤光栅Sagnac环梳状滤波器进行了分析,推导了光纤光栅的反射率和透射率公式,利用琼斯矩阵分别分析了单模光纤2×2耦合器和光纤光栅Sagnac环结构的滤波特性,得到单模光纤2×2耦合器和光纤光栅Sagnac环结构的输入输出关系公式,推出光纤光栅Sagnac环结构的反射率和透射率表达式。2.从微纳光纤和倏逝场的概念出发,介绍微纳光纤布拉格光栅理论特性,分析微纳光纤光栅有效折射率的影响条件,讨论温度和外界折射率变化对光纤光栅有效折射率的影响。研究在微纳光纤光栅栅区基模和高阶模会发生耦合的情况,根据M-Z干涉的相关理论,讨论外界环境变化对微纳光纤光栅干涉峰的影响。3.推导出均匀光纤光栅Sagnac环反射率和透射率的表达式,并模拟计算了光纤光栅Sagnac环透射谱,分析了在不同参数下光纤光栅Sagnac环透射谱的区别。最后选择合适的实验参数,通过实验验证,设计均匀光纤光栅Sagnac环滤波器。4.分析温度和折射率对微纳光纤光栅有效折射率和微纳光纤光栅干涉峰的影响,设计温度和折射率双参数微纳光纤光栅Sagnac环传感器,得到其温度和折射率的灵敏度,并且求得其传输矩阵,实现温度和折射率的同时测量。
【图文】：

图 1-1 K.O.Hill 等人制作光纤光栅的装置1993 年，P. J .Lemaire[17]等人在文章中发明了基于低温高压的载氢技术。该方法光纤置入 20～75℃、20～750 大气压的氢气之中，在这种环境下氢气分子可以扩光纤的内部，之后进行光纤光栅的刻写。通过这种方法刻写的光纤光栅，大大提高

并通过实验进行了验证。图1-2 是以光纤耦合器和 Sagnac 效应为基础构成的 Sagnac 干涉仪的结构图。使用光纤将光纤耦合器的 2 个输出口相连，形成一个闭合的环状结构。光从光纤耦合器的 2 个端口分别入射，这两束光具有相反的传输方向，沿闭合环状结构一周后在耦合器发生干涉。图 1-2 光纤 Sagnac 干涉仪结构图
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253

【参考文献】

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本文编号：2615606