二氧化碳激光制备光纤扭曲器件及传感特性研究

发布时间：2017-12-25 23:38

  本文关键词：二氧化碳激光制备光纤扭曲器件及传感特性研究　出处：《深圳大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： CO_2激光 长周期光纤光栅 马赫-曾德干涉仪 预扭曲光纤 扭曲传感

【摘要】：因为光纤所特有的抗电磁干扰、灵敏度高、体积小、易于集成、抗腐蚀等优点,光纤传感器广泛应用于实际生活中。在桥梁、房屋等大型建筑中,扭曲量是工程应用中常需要测量的参数量,同时为了安全监测,也在传感领域有着广泛的应用。本文主要研究基于CO_2激光微加工方法制备的光学扭曲器件的传感特性特性进行了系统和深入的研究,并取得一定的创新性成果。主要研究内容如下:1、本文系统分析了CO_2激光写制长周期光纤光栅所引起的折射率调制机理,并在理论上分析了长周期光纤光栅的耦合模式理论,光纤纤芯基模、包层模有效折射率与波长关系。实验上通过自主搭建并改进的一套高频CO_2激光光路及软件控制程序,在普通单模光纤上写制不同光栅周期的长周期光纤光栅,并在实验上分析了长周期光纤光栅的耦合模式及相位匹配曲线的关系。同时,对于不同模式、不同光栅周期的光栅样品分别进行扭曲测试,得到长周期光纤光栅的扭曲特性并为后续实验数据对比提供基础。2、通过在原CO_2激光制备长周期光纤光栅的光路中集成光纤电动旋转器,并配套旋转控制程序,成功组建出CO_2激光旋转加工系统以制备预扭曲长周期光纤光栅(PT-LPFG)。较常规长周期光纤光栅而言,每个光栅加工区域因CO_2激光曝光的同时旋转器带动光纤扭转以使预扭曲应力冻结在光纤中并在每个激光加工区域形成类螺旋结构。我们利用上述系统成功写制了不同光栅周期、不同预扭曲率、不同旋性(预扭曲方向不同)的预扭曲长周期光纤光栅(PT-LPFG),并在实验上分析了其光谱特性及相位匹配曲线。此外,在实验上通过对不同光栅周期、不同旋性的预扭曲长周期光纤光栅进行扭曲测试,并对其扭曲特性进行了详细的研究,得到预扭曲长周期光纤光栅中旋性、光栅周期对扭曲特性的影响。实验上我们证明预扭曲的引入在一定程度上增加了光纤光栅的扭曲灵敏度,达到约5-10倍的提高。同时我们对其进行了温度及偏振特性的研究,证明预扭曲引入并不影响其温度特性,并可以有效减小偏正相关损耗。3、利用CO_2激光旋转加工系统,通过对光纤两加工区域进行预扭曲加工操作,制备出光纤预扭曲马赫-曾德干涉仪(PT-MZI)。在理论上我们分析了预扭曲马赫曾德干涉仪的干涉原理及波长漂移理论,并在实验上分析了不同干涉长度、不同预扭曲率的预扭曲马赫-曾德干涉仪的光谱特性。此外,我们对比利用该系统制备的传统马赫-曾德干涉仪,详细研究了预扭曲引入及不同预扭曲率对扭曲特性的影响。并在实验上证明预扭曲引入可以改变马赫-曾德干涉仪在扭曲状态下的方向特性,使之由扭曲方向不依赖性变成扭曲方向依赖性,且证明在一定预扭曲范围内,随着引入预扭曲率越大,相对应的扭曲灵敏度越高。同时,我们研究了其温度响应特性,发现预扭曲的引入并不影响干涉仪本身的温度特性。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN253

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