基于二阶Loyt-Sagnac干涉仪结构的多参量传感方法与实验研究

发布时间：2017-10-23 15:02

  本文关键词：基于二阶Loyt-Sagnac干涉仪结构的多参量传感方法与实验研究

  更多相关文章： Sagnac干涉仪 二阶Loyt-Sagnac干涉仪 Jones矩阵 高双折射光纤 多参量 光纤传感器

【摘要】：光纤传感器由于其独特的优势,在生活中的各个领域都有着广泛的应用。近年来,随着光纤技术的迅速发展,基于高双折射光纤的Sagnac干涉仪传感器由于其传感结构更加灵活,灵敏度更高,成为传感器的一个重要研究方向。基于高双折射光纤的一阶Sagnac环干涉仪可以制作成光学滤波器、光纤传感器等,相关方面的报道有很多。而基于高双折射光纤的高阶Sagnac环干涉仪的相关研究则仅限于窄带通的梳状滤波器。本文在普通的一阶Sagnac干涉仪的结构和原理基础上,设计了二阶Loyt-Sagnac干涉仪结构并将该结构运用于传感实验。在一阶Sagnac环内增加另一段高双折射光纤来构成二阶Loyt-Sagnac环,其中一段HBF作为参考光纤,另一段作为传感光纤。当参考光纤和传感光纤分别构成一阶Sagnac环时,它们输出两个光谱交点的波长与二阶Loyt-Sagnac环输出光谱极值点的波长相对应,且该极值点的大小与两光谱的重叠量有关。对光束入射角和HBF的长度进行优化,使该结构的传感器实现对多物理量(温度、应力、压强等)的高精度测量。论文的主要研究内容包括：1、利用Jones矩阵对普通一阶Sagnac环和二阶Loyt-Sagnac环的传输函数进行理论推导；2、分析二阶Loyt-Sagnac干涉仪的传感原理,并对两种不同结构的干涉仪传感器分别进行仿真分析,模拟传感光纤在不同温度、压力和扭曲角条件下,系统输出光谱的变化。仿真结果表明二阶Loyt-Sagnac干涉仪传感器具有更高的温度和压力传感灵敏度；3、搭建二阶Loyt-Sagnac干涉仪传感器的实验平台,在外界温度和扭曲角度分别变化时对实验系统的输出光谱进行分析。实验结果表明,二阶Loyt-Sagnac干涉仪较一阶Sagnac干涉仪传感器具有更高的温度传感灵敏度；二阶Loyt-Sagnac干涉仪的扭曲传感响应特性是正弦变化的曲线。再对温度和扭曲角度同时变化时系统输出光谱进行分析,结果表明：二阶Loyt-Sagnac干涉仪传感器可实现对扭曲角度和温度的同时测量。
【关键词】：Sagnac干涉仪 二阶Loyt-Sagnac干涉仪 Jones矩阵 高双折射光纤 多参量 光纤传感器
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 引言11
• 1.2 光纤Sagnac干涉仪11-13
• 1.2.1 Sagnac效应11-12
• 1.2.2 光纤Sagnac干涉仪原理12-13
• 1.3 光纤Sagnac干涉仪的应用13-14
• 1.3.1 干涉型光纤陀螺仪13-14
• 1.3.2 光纤电流互感器14
• 1.3.3 分布式光纤传感器14
• 1.4 光纤Sagnac干涉仪研究现状与发展14-15
• 1.5 本文主要研究内容15-16
• 第2章 一阶Sagnac干涉仪和二阶Loyt-Sagnac干涉仪传输函数的理论分析16-26
• 2.1 几种光学器件的Jones矩阵16-19
• 2.1.1 偏振控制器16-17
• 2.1.2 光纤耦合器17-18
• 2.1.3 高双折射光纤18-19
• 2.2 一阶Sagnac干涉仪传输函数19-23
• 2.2.1 理论分析19-21
• 2.2.2 数值仿真和实验21-23
• 2.3 二阶Loyt-Sagnac干涉仪传输函数23-25
• 2.3.1 理论分析23-24
• 2.3.2 数值仿真和实验24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 二阶Loyt-Sagnac干涉仪的多参量传感原理与仿真26-37
• 3.1 Sagnac干涉仪的传感原理26-27
• 3.2 温度传感仿真27-30
• 3.2.1 一阶Sagnac干涉仪的温度传感28-29
• 3.2.2 二阶Loyt-Sagnac干涉仪的温度传感29-30
• 3.3 压力传感仿真30-34
• 3.3.1 压力双折射系数仿真30-33
• 3.3.2 一阶Sagnac干涉仪的压力传感33
• 3.3.3 二阶Loyt-Sagnac干涉仪的压力传感33-34
• 3.4 扭曲传感仿真34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 二阶Loyt-Sagnac干涉仪的温度与扭曲传感实验37-47
• 4.1 实验平台的搭建37-39
• 4.1.1 宽带光源37-38
• 4.1.2 光纤耦合器38
• 4.1.3 高双折射光纤38
• 4.1.4 光纤旋转器38-39
• 4.1.5 光谱分析仪39
• 4.2 温度传感实验39-42
• 4.2.1 一阶Sagnac干涉仪的温度传感实验39-41
• 4.2.2 二阶Loyt-Sagnac干涉仪的温度传感实验41-42
• 4.3 扭曲传感实验42-43
• 4.4 温度与扭曲同时测量的实验43-47
• 总结47-48
• 致谢48-49
• 参考文献49-54
• 攻读硕士学位期间发表的论文54

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本文编号：1083954