级联光栅双模激发机理研究

发布时间：2017-08-14 20:33

  本文关键词：级联光栅双模激发机理研究

  更多相关文章： 传输矩阵法 级联光栅 建模仿真 折射率传感 温度补偿

【摘要】：用光纤光栅设计的传感器具有抗腐蚀、抗电磁干扰、测量范围广、绝缘性优良等优点。而级联的光纤光栅更是表现出了比单个光纤光栅更广泛的应用前景,已经成为了近年来众多学者研究的热点。本文在深入研究布拉格光纤光栅(FBG)、长周期光纤光栅(LPFG)的基础上,对LPFG与FBG的级联结构(LPFG-FBG级联光栅)进行了仿真模拟,并对基于LPFG-FBG级联光栅的浓度与温度的测量进行了系统的研究,实现了可以解决温度交叉敏感问题的折射率传感系统。具体如下:首先,介绍了光纤光栅的一些基本情况包括光纤光栅的发展、分类以及在传感方面的应用,并且对光纤光栅的有效折射率、模场分布、耦合特性等进行了数学分析。此外探讨了光纤光栅常见的理论分析方法耦合模理论和传输矩阵法,为LPFG-FBG级联光栅的建模和仿真奠定了理论基础和数学支撑。其次,详细讨论了光纤光栅的各参数特性,包括周期、栅长、包层半径对光纤光栅的具体影响,并且对长周期光纤光栅折射率传感特性进行了详细的讨论。为LPFG-FBG级联光栅的参数优化与折射率传感特性的研究起到了引导作用。再次,在传输矩阵法的理论基础上,对LPFG-FBG级联光栅进行了建模和仿真,并且仿真分析了FBG、LPFG和间隔光纤三部分的结构参数对级联光栅反射谱的影响以及LPFG-FBG级联光栅的折射率传感特性。最后,通过与实验室刻制完成的LPFG-FBG级联光栅传输谱对比发现基于传输矩阵理论仿真的级联光栅反射谱与实验结果能够很好地吻合。之后利用刻制好的LPFG-FBG级联光栅搭建了实验平台,完成了温度与折射率的测量实验,实验证明LPFG-FBG级联光栅能够实现温度补偿。
【关键词】：传输矩阵法 级联光栅 建模仿真 折射率传感 温度补偿
【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10-15
• 1.1 光纤光栅概述10-12
• 1.1.1 光纤光栅的分类10-11
• 1.1.2 光纤光栅的发展11
• 1.1.3 光纤光栅在传感领域中的应用11-12
• 1.2 课题研究的背景意义与国内外发展现状12-14
• 1.2.1 研究的背景与意义12-13
• 1.2.2 国内外发展现状13-14
• 1.3 本文的主要内容和章节安排14-15
• 第2章 光纤光栅理论分析研究15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 光纤模型15
• 2.3 光纤光栅的数值分析15-23
• 2.3.1 阶跃型光纤导模15-17
• 2.3.2 阶跃型光纤包层模17-21
• 2.3.3 纤芯基模和包层模的耦合21-23
• 2.4 光纤光栅的理论分析23-28
• 2.4.1 耦合模理论23-25
• 2.4.2 传输矩阵法25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 光纤光栅折射率传感特性研究29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 LPFG透射谱特性29-34
• 3.2.1 光栅长度对透射谱的影响29-30
• 3.2.2 光栅周期对透射谱的影响30-31
• 3.2.3 包层半径对透射谱的影响31-34
• 3.3 FBG反射谱特性34-38
• 3.3.1 光栅长度对反射谱的影响34-35
• 3.3.2 光栅周期对反射谱的影响35-36
• 3.3.3 包层半径对反射谱的影响36-38
• 3.4 LPFG折射率敏感特性分析38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 LPFG-FBG级联光栅的数值分析与参数优化42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 LPFG-FBG级联结构的数值仿真42-47
• 4.2.1 LPFG-FBG的级联结构与耦合机制42-43
• 4.2.2 应用传输矩阵法对LPFG-FBG结构的理论分析43-47
• 4.3 LPFG-FBG级联结构光谱特性47-52
• 4.3.1 LPFG结构参数特性47-49
• 4.3.2 FBG结构参数特性49-52
• 4.3.3 间隔光纤参数特性52
• 4.4 LPFG-FBG级联光栅的折射率传感特性52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 LPFG-FBG级联光栅传感特性研究55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 LPFG与FBG的传感机理55-58
• 5.2.1 温度传感机理55-57
• 5.2.2 折射率传感机理57-58
• 5.3 LPFG-FBG级联光栅温度传感特性58-60
• 5.3.1 实验设备58
• 5.3.2 实验过程与结果分析58-60
• 5.4 LPFG-FBG级联光栅折射率传感特性60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果68-69
• 致谢69

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