腐蚀光纤布拉格光栅传感特性研究

发布时间：2019-10-13 10:44

【摘要】：光纤光栅是纤芯折射率受到周期性微扰形成的一种光纤无源器件。光纤布拉格光栅是一种反射式光栅,其反射波长与光栅的有效折射率和光栅周期有关,光栅的带宽和反射率取决于光栅的长度以及折射率变化的幅值。光纤布拉格光栅对温度和应变具有特殊敏感性,故FBG在光纤通信和传感领域有特殊的应用。化学腐蚀法制备光纤光栅传感器是目前最为简单的一种方法,此方法的独特之处在于无须曝光。运用化学腐蚀法,改变了光纤光栅的波导结构,让制成的光纤光栅传感器对外界折射率变化更加敏感,能在光纤传感领域有较好的应用前景。此类传感器具有体积小、成本低和灵活性高的优势,已广泛的应用在生物化学、医药化学等相关领域,逐渐成为近年来科学界研究的热点。本文主要工作为:第一,从麦克斯维方程(Maxwell equations)出发,对单模光纤的导波模式进行了推导,用在模式耦合中产生的规律,可知归一化频率一旦确定,其传输模式的种类和数量也就确定了。第二,讨论了光纤布拉格光栅的长度及耦合系数对其光谱的影响。发现光栅长度越大,FBG的反射率峰值也越来越大,反射谱的带宽逐渐减小;而耦合系数越大,FBG反射率上升的就越快。理论推导了光纤布拉格光栅传感特性规律,并取中心波长为1550nm的光栅,测出其温度响应系数为10pm/℃,应力响应系数为1.36N/nm。第三,分析了腐蚀FBG的传感原理,运用化学腐蚀的办法,用HF溶液对FBG进行了约160min腐蚀,测出了腐蚀过程中中心波长波长的偏移量为2.1nm。观察了腐蚀前后FBG对外界的折射率响应,发现腐蚀之前FBG对外界折射率不敏感,腐蚀之后其对外界折射率的响应系数为0.4822nm/riu。采用腐蚀过的FBG对盐水的浓度和密度进行了测量,发现溶液浓度每增加1%,中心波长就增加20.3pm,密度每增加2.64g/cm3,中心波长增加1nm,从侧面说明,可以利用FBG对溶液的浓度和密度进行测量。最后,测出了腐蚀FBG后其温度响应系数为9pm/℃。第四,阐述了腐蚀FBG作为传感器的应用,可以直接测量密度、浓度等,也可镀膜后作为湿度传感器来使用,并分析了腐蚀FBG使用过程中,交叉传感对其的影响。通过化学试剂将FBG包层腐蚀掉一些后,发现其中心波长的偏移量与外界折射率的变化存在良好的线性关系,而不做任何处理的FBG对外界环境的折射率不敏感,说明了为进行折射率传感,腐蚀FBG包层十分有必要,而这种方法能拓展FBG在折射率传感领域的应用。
【图文】：

全息图,全息

大学硕士学位论文逦第二章光纤布拉格第二章光纤布拉格光栅的制作逡逑纤在一定的紫外光照射下，由于光纤的光敏性，使得光纤纤芯的折射率期性变化，从而制成光纤光栅。光纤光栅历经了几十年的发展，出于对，光纤光栅的结构也越来越多样化，几乎每一种结构的光纤光栅都有其，所以出现了各式各样写入光栅的方法。激光内部写入法和紫外激光外光纤光栅常用的方法。紫外激光外部写入法又可以分为：逐点写入法、横向全息曝光法等＠＿１８Ｕ图２．１？２．４分别是驻波干涉法示意图、全息曝幅掩模法示意以及逐点写入法示意图。逡逑

振幅掩模,相位掩模法

掩模法逡逑Ｈｉｌｌ等人发现掺Ｇｅ光纤可以利用准分子激光器制作光纤光栅，历经多年的纤光栅制作的主要方法是相位掩模法。相位掩模法对光路的稳定性要求采用此方法与光源的波长和光纤光栅的周期没有任何矣系，，可以批量生产。逡逑紫外光的垂直照射下，将具有一定光敏性的光纤贴在相位掩模板上，此近场衍射可以产生干涉条纹，诱发光纤折射率发生永久性的周期变化，栅＿，这就是相位掩模法的原理，如图２．５所示。将由紫外光照射产生的制到入射光强的５％以内，进而使得衍射光的能量主要集中在土邋１级衍射７逡逑
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212

【参考文献】