基于电弧放电效应的特殊结构长周期光纤光栅及其特性研究

发布时间：2020-11-10 16:02

　　 光纤光栅是一种光纤无源器件,广泛应用于光学均衡、滤波、传感等领域。电弧放电法是一种经济、简便的长周期光纤光栅制作方式,在用于不同类型的光纤、不同折射率调制要求时,使用的电流参数各不相同,但电弧放电对光纤折射率、残余应力的影响并没有系统定量的研究,此外,电弧放电法制作的长周期光纤光栅折射率调制较低,形成的器件往往尺寸偏大,影响实际应用。针对以上问题,本论文建立了基于三维相位显微技术的光纤残余应力和折射率的检测理论和实验方法,通过此技术,对电弧放电过程对光纤折射率、残余应力的影响做了深入研究。提出一种新的不同种光纤熔接成栅的特殊结构长周期光纤光栅理论,在此基础上制作了第一根样品并对其特性进行了检测。本论文的主要内容:1.基于三维定量相位显微技术,对光纤横截面和纵向的残余应力、折射率分布随放电电流参数的变化进行了研究,得到了系统定量的结果,发现了纵向残余应力的高斯函数分布以及其饱和效应;该研究成果对未来制作高性能的长周期光纤光栅以及优化基于电弧放电法的长周期光纤光栅制作技术具有指导意义;2.提出了利用弱电弧放电来制作长周期光纤光栅的理论,提出一种对弱电弧制作的长周期光纤光栅残余应力的调制进行模拟的方法。并利用模式耦合理论,对此长周期光纤光栅的透射谱进行了模拟;3.提出不同种光纤熔接成栅的新型长周期光纤光栅理论。该新型光栅通过将不同类型的两种光纤以一定次序熔接而成从而获得折射率的周期性调制。利用此理论,通过使用标准单模光纤和色散补偿光纤熔接成栅,制作了不同种光纤长周期光纤光栅样品,对并其耦合特性进行了检测;4.利用不同种光纤长周期光纤光栅制作温度和应力传感器并对此其的温度和应力传感性能进行了研究,测试了其灵敏度。该研究成果对未来制作高性能低成本结构紧凑的新型长周期光纤光栅具有指导意义。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN253
【部分图文】：

长周期光栅是不同于短周期光栅的一种新型光纤光栅，其特点是同向传输的??纤芯基模和包层模之间发生能量耦合，从而形成一个透射型带阻滤波器，无后向??反射。两种光纤光栅的结构和反射谱如图１－２所示。??４??

了温度和应力的同时检测［５？５２］，还被应用于折射率［５３］、加速度［５４］等物理量的检测。??电弧放电法制作长周期光纤光栅通常使用逐点写入的方式，制作装置包括宽??光谱光源，移动控制台，放电电极，准直系统，光谱分析仪，制作系统如图１－４??所示。准直系统通常由重量砝码和两个Ｖ型槽组成，用来保证制作光栅过程中光??１１??

个周期的距离，再次使用电极对光纤进行放电，通过这样的方式在光纤内部逐点??写入周期性的折射率调制。使用光谱分析仪对透射光谱进行实时监测，重复以上??放电过程直到形成理想的谐振峰。图１－５显示了电弧放电法制作的长周期光纤光栅??的透射谱，随着周期的增多，其光谱谐振峰的演化过程［５５］。??电弧放电法不需要复杂昂贵的激光设备，操作简单，对系统要求低。可以自??由调节光栅周期长度和周期个数来控制透射光谱，可以定制放电电流的强度和时??间来调整谐振峰的波长和强度。此外，电弧放电法对光纤的光敏性没有要求，不??需要对光纤进行增敏处理，因此可以在所有种类的光纤中制作光栅等。??１２??
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本文编号：2878103