结构调制型超长周期光纤光栅的制作及传感特性研究

发布时间:2018-03-23 12:58

  本文选题:结构调制型 切入点:超长周期光纤光栅 出处:《哈尔滨工程大学》2016年博士论文


【摘要】:随着光纤光栅制造业的快速发展,制作新型光纤光栅成为该领域的一个热点。结构调制型光纤光栅具有制备灵活、热稳定性好、无需载氢等特点,引起了该领域科研人员极大的兴趣。本文以结构调制型超长周期光纤光栅(SULPG)为切入点,从局域耦合模理论出发,建立了 SULPG的理论模型,在实验上完成了 SULPG的制备,对结构调制型超长周期光纤光栅的传感特性进行探讨。并在此基础上,基于熔拉技术提出了在锥形光纤上写制结构调制型超长周期π相移光纤光栅,结合调制型超长周期光纤光栅的特性构建了四种不同结构的模式干涉仪,利用光谱特性实现双参数的传感测量。论文的主要研究内容如下:1、基于局域耦合模理论,对SULPG的模式分布及传输特性进行分析,并详细的分析了直接拉锥型SULPG和锥上拉锥型SULPG的光谱特性,以及纤芯基模和包层模的耦合系数分布、折射率分布及模式分布随光纤几何形变区域的变化情况。2、利用熔融拉锥技术,完成了两种SULPG的写制,通过对光纤纤芯和包层几何结构周期性的调制形成光纤光栅,改变了以往光纤光栅只能在纤芯中形成的传统观念。此外,利用直接拉锥型SULPG和锥上拉锥型SULPG进行温度、应变、弯曲、扭转和折射率传感特性测试。通过对这两种结构的传感特性实验研究,可以通过减小锥形光纤的锥腰直径来提高外界环境的平均灵敏度。3、基于锥形光纤设计了具有较高温度和应变灵敏度的结构调制型超长周期π相移光纤光栅,制备工艺简单灵活,能够精确的控制引入相移的位置和长度。而且,利用此传感器的波长和幅值对温度和应变的不同响应,可以通过四种方式实现温度和应变的同时测量。基于结构调制型超长周期π相移光纤光栅进行双参数传感特性研究,测试不同应变变化下温度灵敏度,得到测试温度和应变交叉灵敏度相关性。4、基于结构调制型超长周期光纤光栅构成四种复合结构的模式干涉仪,首先分析了四种结构的形成机理,并利用四种复合结构分别实现了温度和应变的同时测量。根据所用仪器的规格,利用平均灵敏度系数计算出温度和应变的分辨率。
[Abstract]:With the rapid development of fiber grating manufacturing industry, the fabrication of novel fiber gratings has become a hot spot in this field. Structural modulation fiber gratings have the advantages of flexible fabrication, good thermal stability, no hydrogen carrier, etc. In this paper, based on the local coupling mode theory, the theoretical model of SULPG has been established, and the SULPG has been fabricated experimentally. The sensing characteristics of structurally modulated ultra-long period fiber gratings are discussed. Based on the fusing technique, a novel structure modulated type 蟺 phase shift fiber grating based on tapered fiber is proposed. Combined with the characteristics of modulated ultra-long period fiber grating, four kinds of mode interferometers with different structures are constructed, and the sensing measurement of two parameters is realized by using spectral characteristics. The main contents of this paper are as follows: 1, based on the local coupling mode theory, The mode distribution and transmission characteristics of SULPG are analyzed, and the spectral characteristics of direct tapered SULPG and tapered SULPG on cone are analyzed in detail, as well as the coupling coefficient distribution of core and cladding modes. The variation of refractive index distribution and mode distribution with the geometric deformation region of fiber. 2. Two kinds of SULPG writing systems are completed by using melt taping technique. The fiber gratings are formed by periodically modulating the fiber core and cladding geometry structure. The traditional idea that fiber Bragg gratings can only be formed in the core is changed. In addition, the temperature, strain and bending of the fiber grating are carried out by using the direct tapered SULPG and the tapered SULPG on the cone. Measurement of torsional and refractive index sensing properties. Experimental study on the sensing characteristics of these two structures, The average sensitivity of the external environment can be improved by reducing the tapered waist diameter of the tapered fiber. Based on the tapered fiber, a structured modulated ultra-long-period 蟺 phase-shifted fiber grating with high temperature and strain sensitivity is designed. The fabrication process is simple and flexible. The position and length of the phase shift can be precisely controlled. Furthermore, using the wavelength and amplitude of the sensor, different responses to temperature and strain can be obtained. The temperature and strain can be measured simultaneously in four ways. Based on the structural modulation type 蟺 -phase shifted fiber grating with extra long period, the two-parameter sensing characteristics are studied, and the temperature sensitivity under different strain changes is tested. The correlation between the cross sensitivity of temperature and strain is obtained. Based on the mode interferometer which is composed of four kinds of composite structures based on structurally modulated ultra-long period fiber gratings, the formation mechanism of the four structures is analyzed. The simultaneous measurement of temperature and strain is realized by using four kinds of composite structures, and the resolution of temperature and strain is calculated by using the average sensitivity coefficient according to the specifications of the instruments used.
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP212;TN253

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 颜严;高性能长周期光纤光栅[J];激光与光电子学进展;2000年05期

2 李栩辉,夏历,冯佳,陈向飞,谢世钟;一种新的长周期光纤光栅制作技术[J];光学学报;2003年03期

3 宋宁,郭晓金,殷宗敏;长周期光纤光栅的分析和优化设计[J];光子学报;2003年06期

4 饶云江;;长周期光纤光栅研究现状分析[J];电子科技大学学报;2005年S1期

5 王成;张国生;;长周期光纤光栅的制作方法进展[J];传感器与微系统;2007年01期

6 李晓兰;张伟刚;张珊珊;范弘建;殷丽梅;;引入调制结构形成的相移长周期光纤光栅研究[J];光学学报;2011年06期

7 陈鹏程;;长周期光纤光栅的功率特性[J];光谱实验室;2011年05期

8 邹红波;梁大开;曾捷;李X;周怡妃;;基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统[J];南京航空航天大学学报;2011年06期

9 王伟浩;励强华;王德鑫;洪滔;;超长周期光纤光栅谱线特性分析[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2012年04期

10 匡娅祺;周次明;张文举;;级联长周期光纤光栅光谱特性研究[J];光学与光电技术;2013年02期

相关会议论文 前10条

1 刘海涛;杨亦飞;汤树成;陈建平;;长周期光纤光栅的理论及实验[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年

2 董小伟;裴丽;李彬;简伟;简水生;;影响长周期光纤光栅的特性参数及其在通信方面的应用[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年

3 牛永昌;饶云江;胡爱姿;陈爱军;高庆;马任飞;;长周期光纤光栅带宽分析[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年

4 饶云江;;新型长周期光纤光栅及其在光纤通信中的应用[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

5 牛永昌;饶云江;冉曾令;胡爱姿;;新型保偏长周期光纤光栅的制作与理论研究[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

6 严明;罗售余;詹黎;张智明;夏宇兴;;施加轴向应力的啁啾长周期光纤光栅的传感测量[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年

7 史磊磊;朱涛;陈方元;邓明;饶云江;;基于旋转折变型长周期光纤光栅对的高分辨率扭曲传感器[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

8 崔文涛;刘艳格;邰伯寅;王兵;;基于级联长周期光纤光栅的多参量传感器研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

9 裴丽;董小伟;李彬;简伟;简水生;;聚合物包层长周期光纤光栅特性及应用[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年

10 王德法;陈冠群;施解龙;陈园园;;相移长周期光纤光栅的透射谱特性及其切趾[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

相关博士学位论文 前10条

1 杨文蕾;结构调制型超长周期光纤光栅的制作及传感特性研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

2 杨蕊竹;长周期光纤光栅的特性及传感应用的研究[D];吉林大学;2012年

3 李秋顺;基于消失波的长周期光纤光栅化学传感[D];吉林大学;2009年

4 姜明顺;长周期光纤光栅理论及传感技术研究[D];山东大学;2010年

5 王彦;长周期光纤光栅在智能结构中的应用研究[D];南京航空航天大学;2008年

6 王雪;双芯长周期光纤光栅制备方法及特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 宋世德;长周期光纤光栅的特性及传感应用研究[D];大连理工大学;2006年

8 白志勇;新结构型长周期光纤光栅制作及特性研究[D];南开大学;2014年

9 王义平;新型长周期光纤光栅特性研究[D];重庆大学;2003年

10 苗飞;基于飞秒激光的长周期光纤光栅制备及其传感特性研究[D];山东大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 周兵;长周期光纤光栅在结构健康监测中的应用研究[D];南京航空航天大学;2008年

2 朱烙,

本文编号:1653555


资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/1653555.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户fd629***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com