基于多模干涉效应的SMS型光纤结构传感技术研究

发布时间：2017-08-21 00:24

  本文关键词：基于多模干涉效应的SMS型光纤结构传感技术研究

  更多相关文章： 多模干涉型传感器 SMS光纤结构 多模干涉 波谷检测 灵敏度

【摘要】：由于光纤传感器其本身重量轻、体积小、插入损耗小、抗电磁干扰、耐腐蚀、高灵敏度等诸多非常适合实际应用需求的优良特性,使得其在例如国防军事、商业应用等诸多重大领域起到了非凡的功用。基于多模干涉效应和自成像原理是光纤传感器常用的一种传感机制。基于单模—多模—单模(Single-mode-multimodeSingle-mode:SMS)光纤结构的传感器由于其结构简单、灵活而日渐成为科研工作者的研究的热点。本文主要基于SMS光纤结构的传感理论,设计出SMS型折射率传感器和应力传感器。本文主要内容包括:(1)首先介绍了光纤传感器的基本传感原理和分类以及其在各领域的应用成果,其次简要概述了多模干涉型传感器的研究现状,介绍了基于SMS光纤结构的传感器一些成果。(2)介绍了阶跃多模光纤的模式理论、模式耦合理论和基于SMS光纤结构的传感机理。(3)提出了一种基于单模-多模-单模(SMS)光纤结构的折射率传感方案。发现采用波谷检测方法可以有效地提高传感灵敏度。研究发现多模光纤中模式数量对传输结果影响较大。当改变单模光纤和多模光纤的结构参数而保持其归一化频率不变,从而保证多模光纤中模式数量不变时,其总能获得规则的传输曲线。增大光纤直径可以有效提高传感灵敏度。当取多模光纤纤芯直径为70μm时,最高灵敏度达到3.725×105nm/RIU,检测极限7×10-7RIU。(4)我们发现基于SMS光纤结构的输出光谱偏移对多模光纤的长度变化较为敏感,因而当多模光纤受到应力作用而发生长度变化时,输出光谱也会发生变化。基于应力对光纤的作用原理,采用简单的横向拉伸的方法,实现横向应力传感。模拟结果表明当取多模光纤直径为30μm且模式数量较少时,其灵敏度的平均值为0.3942nm/g。比基于布拉格光栅结构的光纤应力传感器的高4倍。
【关键词】：多模干涉型传感器 SMS光纤结构 多模干涉 波谷检测 灵敏度
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8
• 1.2 光纤传感器概述8-10
• 1.2.1 光纤传感器的基本原理8-9
• 1.2.2 光纤传感器的发展概况及分类9-10
• 1.2.3 光纤传感器的应用10
• 1.3 基于多模干涉效应的光纤传感器的发展状况10-16
• 1.3.1 多模干涉型光纤传感器的发展概况10-12
• 1.3.2 基于单模-多模-单模结构的传感器概况及成果简介12-16
• 1.4 论文内容介绍16-18
• 第二章 多模光纤及传感理论18-27
• 2.1 阶跃型多模光纤的基本理论18-20
• 2.1.1 阶跃型多模光纤中的场分布18-20
• 2.2 多模光纤中的倏逝波20-22
• 2.3 基于多模干涉理论的SMS光纤结构的传感原理22-27
• 2.3.1 多模波导系统中的多模干涉效应22-24
• 2.3.2 SMS光纤结构的传感原理24-27
• 第三章 基于多模干涉效应的光纤折射率传感技术研究27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 数值模拟27-38
• 3.3 结论38-40
• 第四章 基于多模干涉效应的光纤应力传感技术研究40-48
• 4.1 引言40
• 4.2 基于SMS光纤结构的应力理论研究40-47
• 4.2.1 基于SMS光纤结构的纵向应力传感的理论分析40-42
• 4.2.2 基于SMS光纤结构的纵向应力传感的数值模拟42-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 总结与展望48-50
• 5.1 总结48
• 5.2 展望48-50
• 参考文献50-56
• 致谢56-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文57

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 方敬诚;;新型的光纤结构[J];兵器激光;1986年05期

2 李世瑜;谭旭东;黄丹华;杨现文;胡海明;;带斜面光纤结构的同轴光接收组件的反射分析[J];光通信研究;2006年06期

3 吕晖;马晓红;赵华凤;郭雷;;光纤结构与特性实验设计[J];实验技术与管理;2011年07期

4 曹维敏;;新型的光纤结构[J];光纤与电缆及其应用技术;1986年01期

5 于峰;葛廷武;代京京;张文启;王璞;王智勇;;全光纤结构超短脉冲光纤放大器[J];光电工程;2011年03期

6 陈锡浩;;凹陷内包层型光纤结构设计及最佳化[J];光纤与电缆及其应用技术;1987年05期

7 赵宇;金永兴;金尚忠;;SMS光纤结构特性的数值模拟分析[J];中国计量学院学报;2011年04期

8 曹维敏;;新型单模单偏振光纤[J];传输线技术;1984年01期

9 王智,简水生;光纤结构缺陷对传输特性的影响[J];光通信研究;2002年02期

10 赵宇;金永兴;;单模-多模-单模光纤结构研究进展[J];光通信技术;2011年06期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 刘玄庆;张康定;;全光纤结构无源器件制作机理的研究[A];四川省通信学会1997年学术年会论文集[C];1997年

2 蒋作文;李进延;李诗愈;刘学军;李海清;;高掺杂铒光纤结构优化和掺杂方法的研究[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

3 于峰;葛廷武;代京京;张文启;孙畅;王智勇;;全光纤结构纳秒脉冲光纤放大器[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

4 刘江;王璞;;瓦级全光纤结构包层泵浦皮秒脉冲光纤振荡器[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

5 ;全光纤结构光激光器——产业化的必然选择[A];全国激光应用技术前沿发展报告会论文集[C];2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 闫红艳;微纳光纤结构湿度传感器的特性和实验研究[D];电子科技大学;2015年

2 钱春霖;基于多模干涉效应的SMS型光纤结构传感技术研究[D];江苏大学;2016年

3 黄雪骄;基于多模干涉光纤结构的光纤激光传感特性研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

4 赵宇;基于多模干涉理论的光纤传感器的研究[D];中国计量学院;2012年

5 彭石军;基于SMS光纤结构器件及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

，

本文编号：709768