基于保偏光子晶体光纤中布里渊动态光栅的传感研究

发布时间：2017-06-12 16:00

  本文关键词：基于保偏光子晶体光纤中布里渊动态光栅的传感研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：分布式布里渊光纤传感器从产生至今虽才有短短20年,但这种技术目前已被广泛应用于大型建筑的应变和温度监测。传统分布式布里渊传感装置操作复杂,测量精度低;另一方面,基于传统光纤布拉格光栅的传感器只能实现准分布式测量,并且光栅一经刻蚀,参数难调。因此寻求一种高精度、高空间分辨率并可实现双参量同时测量的传感器很有必要。本论文提出了一种同时测量温度和应变的分布式布里渊光纤传感器,它利用在单根保偏光子晶体光纤中产生的布里渊动态光栅和受激布里渊散射同时进行温度和应变监测。首先,本文基于现有的理论模型,对布里渊动态光栅的耦合波方程在时间和空间上进行离散化得到瞬态数值解,构建易于编程计算的表达式;利用Fortran软件模拟光栅反射谱特性以及泵浦抽空对布里渊动态光栅的影响,得到了激发光栅的最佳泵浦功率;结合Comsol软件仿真保偏光子晶体光纤模场分布并计算了光纤双折射,为之后的实验奠定理论基础。其次,搭建了布里渊光时域分析系统,测得此光纤的布里渊频移及其温度和应变系数;进而搭建了布里渊动态光栅产生和读取的实验装置,实现了布里渊动态光栅的激发和探测,得到了光纤的双折射频移及其温度和应变系数。实验结果表明,此光纤的双折射频移在-40~10?C范围内与温度成分段线性关系,并结合布里渊光时域分析技术实现了分布式的温度和应变双参量同时测量,此实验系统具有20cm的空间分辨率;而在10~80?C范围内光纤双折射频移没有明显变化,因此可以实现温度不敏感的应变传感。
【关键词】：分布式传感 布里渊动态光栅 布里渊频移 双折射频移
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 布里渊光时域分析仪系统10-11
• 1.3 光纤中的布里渊动态光栅11-13
• 1.4 布里渊动态光栅的应用13-20
• 1.4.1 分布式传感13-14
• 1.4.2 保偏光纤双折射的分布式测量14-15
• 1.4.3 光学延迟线15-16
• 1.4.4 光存储16-17
• 1.4.5 全光信号处理17-19
• 1.4.6 微波光子滤波器19-20
• 1.5 本论文的主要内容20-22
• 第2章 保偏光纤中布里渊动态光栅的理论分析22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 高双折射保偏光纤22-23
• 2.3 布里渊动态光栅产生与读取23-25
• 2.4 保偏光纤中布里渊动态光栅数学模型25-33
• 2.4.1 光纤中布里渊动态光栅耦合波方程25-27
• 2.4.2 弱探测条件下的解析解27-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 布里渊动态光栅的仿真计算34-41
• 3.1 引言34
• 3.2 瞬态数值解的验证34-36
• 3.3 探测光功率对反射谱的影响36-38
• 3.4 光纤中的声波场38-40
• 3.4.1 不同泵浦形式下的布里渊动态光栅38-40
• 3.4.2 光纤中泵浦抽空现象40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 布里渊动态光栅传感实验41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 光纤的熔接41-42
• 4.3 光纤双折射的预估算42-44
• 4.4 实验方案44-46
• 4.4.1 光纤布里渊频移测量44-45
• 4.4.2 非保偏系统双折射频移测量45-46
• 4.4.3 激光器误差矫正46
• 4.5 实验结果46-52
• 4.5.1 两轴布里渊频移46-47
• 4.5.2 布里渊频移温度系数和应变系数47-49
• 4.5.3 光纤双折射频移49-50
• 4.5.4 光纤双折射频移温度系数和应变系数50-52
• 4.6 双参量传感实验52-54
• 4.7 本章小结54-56
• 结论56-57
• 参考文献57-62
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文62-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 朱靖;涂晓波;姚琼;孟洲;;布里渊动态光纤光栅及其在分布式传感中的应用[J];激光与光电子学进展;2012年10期

2 祁春慧;裴丽;郭兰;吴树强;赵瑞峰;;光纤光栅在微波光子滤波器中的应用[J];光纤与电缆及其应用技术;2009年02期

  本文关键词：基于保偏光子晶体光纤中布里渊动态光栅的传感研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：444365