长周期光纤光栅制备及折射率传感特性研究

发布时间：2017-08-05 18:25

  本文关键词：长周期光纤光栅制备及折射率传感特性研究

  更多相关文章： 长周期光纤光栅 CO_2激光器低功率刻写法 载氢光纤 较小周期长周期光纤光栅 折射率传感

【摘要】：基于光纤光栅所研发的各种传感器具备高精度、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点,在民用与军用领域均有潜在的应用前景。目前,限制光纤光栅传感器进一步发展的因素主要集中在光栅的刻制工艺还处在较低水平,无法满足各种类型传感器对光栅性质的需求。目前,最常用的光栅刻制方法为紫外光曝光相位掩模板法,此方法技术成熟可批量生产,但存在诸多缺点,刻制工艺复杂、效率低、成本高等。CO_2激光器输出激光刻制法,操作简单、刻制效率高、成本低。在前期研究工作中已经对此方法进行一定探索,可刻制出长周期光纤光栅,但栅区极其脆弱,插入损耗较大,光栅旁瓣较多,难以用于传感器研制。本论文着重研究提升CO_2激光器刻制光栅的工艺,并探索利用刻制的光栅进行了折射率传感测量。具体进行以下研究工作:首先,阐述了长周期光纤光栅的发展及主要的刻制方法,介绍其传感特性及应用。对不同方法刻制光栅的成栅机理进行了研究、总结,并分析其成栅理论耦合模理论。其次,搭建CO_2激光器刻制光栅的实验平台,分析影响成栅质量的因素,并针对性的提出改进工艺,采用预载氢及预退火技术,成功利用CO_2激光器低功率模式输出的激光刻制出模式较多、带宽较窄、损耗峰幅值较深的光栅。并利用CO_2激光器刻制出小周期的LPFG。再次,分析折射率传感理论,利用不同方法刻制的光栅进行折射率传感实验,对比实验灵敏度及线性变化等参数。最后,针对目前光谱仪波长解调法存在的诸多不足,设计LPFG+FBG的解调系统,可提升测量的响应灵敏度。
【关键词】：长周期光纤光栅 CO_2激光器低功率刻写法 载氢光纤 较小周期长周期光纤光栅 折射率传感
【学位授予单位】：燕山大学
【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10-16
• 1.1 LPFG的发展10-11
• 1.2 LPFG刻制的主要方法11-13
• 1.2.1 紫外曝光法刻制LPFG11-12
• 1.2.2 CO_2激光刻制LPFG12
• 1.2.3 机械压力法12-13
• 1.3 LPFG传感特性及其应用13-14
• 1.3.1 LPFG传感特性13
• 1.3.2 LPFG传感领域的应用13-14
• 1.4 本文的主要内容和章节安排14-16
• 第2章 LPFG理论基础及成栅机理16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 LPFG成栅机理研究16-18
• 2.2.1 紫外激光曝光法刻制光纤光栅的成栅机理17
• 2.2.2 CO_2激光刻制光纤光栅的成栅机理17-18
• 2.3 LPFG成栅理论分析18-21
• 2.3.1 耦合模理论19-21
• 2.4 本章小结21-23
• 第3章 CO_2激光刻制LPFG改进工艺的研究23-37
• 3.1 引言23
• 3.2 CO_2激光刻制LPFG实验系统介绍23-27
• 3.2.1 CO_2激光刻制LPFG实验24-27
• 3.3 CO_2激光刻制LPFG影响因素分析27-30
• 3.3.1 激光器功率对刻制光栅的影响27-29
• 3.3.2 应力对刻制光栅的影响29-30
• 3.4 CO_2激光刻制LPFG工艺改进的研究30-33
• 3.4.1 载氢对刻制光纤光栅的影响30-31
• 3.4.2 利用CO_2激光低功率成功刻制LPFG31-32
• 3.4.3 退火对光纤光栅稳定性的影响32-33
• 3.5 CO_2激光刻制小周期LPFG工艺的研究33-36
• 3.5.1 引言33-34
• 3.5.2 小周期的LPFG的刻制34-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 LPFG折射率传感特性研究37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 LPFG折射率传感机理分析37-40
• 4.2.1 倏逝波理论37-39
• 4.2.2 LPFG折射率敏感性39-40
• 4.3 LPFG传感特性实验40-50
• 4.3.1 LPFG封装及溶液配制40-41
• 4.3.2 实验系统搭建41
• 4.3.3 紫外刻制LPFG折射率传感实验41-44
• 4.3.4 CO_2激光器刻制LPFG折射率传感实验44-47
• 4.3.5 CO_2激光器刻制载氢LPFG折射率传感实验47-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 基于LPFG+FBG的解调系统设计51-56
• 5.1 引言51
• 5.2 LPFG+FBG解调原理51-53
• 5.2.1 LPFG滤波特性51-52
• 5.2.2 解调原理52-53
• 5.3 折射率传感器解调系统设计53-55
• 5.3.1 解调系统的搭建53-54
• 5.3.2 基于此解调系统的折射率测量54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果61-62
• 致谢62

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周少玲;长周期光纤光栅的制作技术[J];光纤与电缆及其应用技术;2001年05期

2 李栩辉,夏历,冯佳,陈向飞,谢世钟;一种新的长周期光纤光栅制作技术[J];光学学报;2003年03期

3 宋宁,郭晓金,殷宗敏;长周期光纤光栅的分析和优化设计[J];光子学报;2003年06期

4 魏仁选,何伟,王昌,姜德生;长周期光纤光栅制备技术研究[J];武汉理工大学学报;2003年06期

5 李志全,王莉,吴飞,黄丽娟;长周期光纤光栅及其组合透射谱的仿真研究[J];光电子技术与信息;2004年03期

6 饶云江;;长周期光纤光栅研究现状分析[J];电子科技大学学报;2005年S1期

7 王成;张国生;;长周期光纤光栅的制作方法进展[J];传感器与微系统;2007年01期

8 李晓兰;张伟刚;张珊珊;范弘建;殷丽梅;;引入调制结构形成的相移长周期光纤光栅研究[J];光学学报;2011年06期

9 陈鹏程;;长周期光纤光栅的功率特性[J];光谱实验室;2011年05期

10 邹红波;梁大开;曾捷;李X;周怡妃;;基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统[J];南京航空航天大学学报;2011年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘海涛;杨亦飞;汤树成;陈建平;;长周期光纤光栅的理论及实验[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年

2 董小伟;裴丽;李彬;简伟;简水生;;影响长周期光纤光栅的特性参数及其在通信方面的应用[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议（OFCIO’2003）论文集[C];2003年

3 牛永昌;饶云江;胡爱姿;陈爱军;高庆;马任飞;;长周期光纤光栅带宽分析[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年

4 饶云江;;新型长周期光纤光栅及其在光纤通信中的应用[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

5 牛永昌;饶云江;冉曾令;胡爱姿;;新型保偏长周期光纤光栅的制作与理论研究[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

6 严明;罗售余;詹黎;张智明;夏宇兴;;施加轴向应力的啁啾长周期光纤光栅的传感测量[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年

7 史磊磊;朱涛;陈方元;邓明;饶云江;;基于旋转折变型长周期光纤光栅对的高分辨率扭曲传感器[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

8 崔文涛;刘艳格;邰伯寅;王兵;;基于级联长周期光纤光栅的多参量传感器研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

9 裴丽;董小伟;李彬;简伟;简水生;;聚合物包层长周期光纤光栅特性及应用[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议（OFCIO’2003）论文集[C];2003年

10 王德法;陈冠群;施解龙;陈园园;;相移长周期光纤光栅的透射谱特性及其切趾[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 杨蕊竹;长周期光纤光栅的特性及传感应用的研究[D];吉林大学;2012年

2 李秋顺;基于消失波的长周期光纤光栅化学传感[D];吉林大学;2009年

3 姜明顺;长周期光纤光栅理论及传感技术研究[D];山东大学;2010年

4 王彦;长周期光纤光栅在智能结构中的应用研究[D];南京航空航天大学;2008年

5 王雪;双芯长周期光纤光栅制备方法及特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 宋世德;长周期光纤光栅的特性及传感应用研究[D];大连理工大学;2006年

7 白志勇;新结构型长周期光纤光栅制作及特性研究[D];南开大学;2014年

8 王义平;新型长周期光纤光栅特性研究[D];重庆大学;2003年

9 苗飞;基于飞秒激光的长周期光纤光栅制备及其传感特性研究[D];山东大学;2012年

10 朱涛;特种长周期光纤光栅基础研究[D];重庆大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周兵;长周期光纤光栅在结构健康监测中的应用研究[D];南京航空航天大学;2008年

2 朱烙，

本文编号：626347