塑料光纤的传输损耗系数无损测量方法与传感应用研究

发布时间：2017-04-10 10:14

  本文关键词：塑料光纤的传输损耗系数无损测量方法与传感应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相比于铜电缆,塑料光纤具有较高的传输带宽和抗电磁干扰等优势。塑料光纤将逐步成为短距离通信和局域网等领域中的理想信息传输媒介。目前,已经有许多研究机构在开展有关塑料光纤的制造工艺、通信应用以及传感应用等研究,并获得了诸多标志性成果。但是,有关塑料光纤传输损耗系数在线测量技术的研究报道却并不多见,而该技术对于塑料光纤制造产业来说又是十分重要的。鉴于此,本论文研究了基于光纤宏弯结构和折射率匹配技术的非破坏式的光信号注入与提取方法,即实现了光从光纤包层外到光纤纤芯内的光注入,以及光从光纤纤芯到光纤包层外的光提取;利用这两种方法,提出了一种塑料光纤传输损耗系数无损测量方法。该方法将作为上述在线测量技术的重要技术储备。此外,本论文也对塑料光纤液位传感技术进行了研究。论文的主要研究内容和创新性成果可概述如下:(1)提出了一种基于光线追迹法的描述塑料光纤光传输特性的三维理论仿真模型。利用该模型,对基于光纤宏弯结构和折射率匹配技术的非破坏式光信号注入方法进行了理论研究,分别分析了光纤弯曲半径、光束的初始入射位置和入射角度以及外部介质折射率对光注入效率的影响。通过搭建实验平台并开展相关实验研究,验证了理论预测结果。实验上获得了最高可达30%的光注入效率。(2)基于功率流方程和光线追迹法,从理论上研究了塑料光纤纤芯内光波电场随传输距离的演化特性,给出了最终达到稳态分布时的光功率角度分布。实验验证了上述稳态分布的存在。(3)基于光纤内光波电场的稳态分布,对不同弯曲半径条件下的光纤宏弯损耗进行了理论研究。理论结果显示:当光纤的弯曲半径确定后,对于光纤纤芯内已经达到稳态分布的光波电场而言,由光纤宏弯造成的光功率损失百分比是基本相同的。(4)依据非破坏式光信号注入与提取方法,提出了一种塑料光纤传输损耗系数无损测量方法。为验证该方法的可行性,开展了光信号注入与提取模块的设计、制作以及实验测试工作。最终,通过与截断法进行实验对比,证明了所述塑料光纤传输损耗系数无损测量方法的可行性。实验结果显示:该无损测量方法的测量误差小于8%。(5)提出了一种结构简单、价格低廉的多点测量型塑料光纤液位传感系统。该系统的传感部分是由一系列共轴、等间距放置的塑料光纤构成。当任意两段相邻塑料光纤之间的空隙由液体填充时,这两段光纤之间的光耦合能量会增强,进而实现了光强度的调制。利用光线追迹法对该传感系统进行了理论研究,实验验证了理论预测结果并对传感系统的性能进行了较为全面的测试。该液位传感器的响应时间小于1 s。
【关键词】：塑料光纤 传输损耗系数 无损测量 液位传感 光纤宏弯损耗 光线追迹
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN253
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-30
• 1.1 塑料光纤及其应用简介13-23
• 1.1.1 塑料光纤及其发展简介13-17
• 1.1.2 塑料光纤通信应用简介17-19
• 1.1.3 塑料光纤传感应用简介19-22
• 1.1.4 塑料光纤的其他应用22-23
• 1.2 塑料光纤传输损耗及其测量方法简介23-25
• 1.3 选题目的及意义25-28
• 1.4 本论文的主要研究内容及结构安排28-30
• 第二章 非破坏式塑料光纤光信号注入方法的研究30-50
• 2.1 非破坏式光信号注入方法简介30-32
• 2.2 基于光线追迹法的理论模型32-41
• 2.2.1 非破坏式光信号注入方法的可行性分析32-33
• 2.2.2 基于光线追迹法的三维理论仿真模型33-41
• 2.3 相关结构参数对光注入效率影响的理论与实验研究41-49
• 2.3.1 弯曲半径对光注入效率的影响41-44
• 2.3.2 初始入射位置和入射角度对光注入效率的影响44-48
• 2.3.3 外部介质折射率对光注入效率的影响48-49
• 2.4 结论49-50
• 第三章 纤芯内光波电场稳态分布与光纤宏弯损耗的研究50-75
• 3.1 多模光纤纤芯内光波电场的稳态分布研究50-67
• 3.1.1 基于光纤模式理论的研究方法及其局限性50-52
• 3.1.2 基于功率流方程的纤芯内光波电场分布计算模型52-55
• 3.1.3 均衡模式分布与稳态分布的理论研究55-60
• 3.1.4 基于光纤远场辐射测量法的纤芯内光波电场分布研究60-64
• 3.1.5 基于光线追迹法的稳态分布理论研究64-67
• 3.2 多模光纤宏弯损耗及非破坏式光信号提取方法研究67-71
• 3.2.1 光纤微弯损耗及其应用67-68
• 3.2.2 基于光纤宏弯损耗机制的非破坏式光信号提取方法68-69
• 3.2.3 光纤宏弯损耗的理论研究69-71
• 3.3 稳态分布下纤芯内光波电场的光纤宏弯损耗71-72
• 3.4 结论72-75
• 第四章 塑料光纤传输损耗系数的无损测量方法研究75-91
• 4.1 塑料光纤传输损耗系数无损测量方法简介75-77
• 4.2 光信号注入模块及其相关测试77-80
• 4.2.1 光信号注入模块简介77-78
• 4.2.2 注入光信号的光功率随时间变化稳定性测试78-79
• 4.2.3 注入光波电场的稳态分布测试79-80
• 4.3 传输损耗系数无损测量方法的可行性分析80-83
• 4.3.1 基于光功率损失百分比的可行性分析80
• 4.3.2 基于光线追迹法的弯曲辐射光波电场分布研究80-83
• 4.4 塑料光纤传输损耗系数无损测量方法的实验研究83-89
• 4.4.1 光信号提取模块与实验方案介绍83-84
• 4.4.2 基于无损测量方法与截断法的实验对比84-88
• 4.4.3 基于无损测量方法的在线测量系统简介88-89
• 4.5 结论89-91
• 第五章 多点测量型塑料光纤液位传感技术91-109
• 5.1 光纤液位传感器的发展91-93
• 5.2 多点测量型塑料光纤液位传感器简介93-94
• 5.3 基于光线追迹法的理论设计模型94-101
• 5.3.1 传感部分的追迹模型94-97
• 5.3.2 稳态分布光波电场的获取方法97-100
• 5.3.3 总体追迹模型100-101
• 5.4 传感器的制作与实验测试101-107
• 5.4.1 传感探头的设计与制作101-104
• 5.4.2 多点测量型液位传感器的理论与实验测试104-107
• 5.5 结论107-109
• 第六章 总结与展望109-112
• 6.1 本论文工作总结109-110
• 6.2 对未来工作的展望110-112
• 参考文献112-122
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果122-124

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;日本开发出高速塑料光纤[J];新材料产业;2000年06期

2 ;日开发出高速塑料光纤[J];兰州科技情报;2001年05期

3 高铁生;塑料光纤的研发进展[J];通讯世界;2001年03期

4 罗琦;欧洲将开拓塑料光纤的应用领域[J];光机电信息;2002年03期

5 罗琦;塑料光纤的最新进展[J];光机电信息;2002年03期

6 廖小平;;塑料光纤的优点及应用[J];中国西部科技;2005年22期

7 田岛进 ,戴远清;塑料光纤的可靠性及其应用[J];光通信技术;1985年02期

8 黄小明;;2001年的塑料光纤市场[J];光纤与电缆及其应用技术;1991年05期

9 ;塑料光纤前景光明[J];激光与光电子学进展;1995年03期

10 ;日首创塑料光纤[J];河北理工学院学报;1996年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李强;李然山;;通信用塑料光纤的发展及市场前景浅析[A];中国通信学会2002年光缆电缆学术年会论文集[C];2002年

2 郝为民;于东方;姜宇平;;塑料光纤技术发展及在智能电网中的应用[A];2011电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集[C];2011年

3 李颖娟;孙伟民;刘强;王小力;陶思颖;;塑料光纤纤端光场分布[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学（激光）联合学术'05年会论文集[C];2005年

4 董振龙;;塑料光纤及其应用技术[A];中国通信学会2006年光缆学术年会论文集[C];2006年

5 王学忠;温序铭;储九荣;;用高分子材料制造低损耗塑料光纤工艺的研究[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议（OFCIO’2001）论文集[C];2001年

6 孙筱虹;陆敏捷;;有关塑料光纤测试的研究[A];中国通信学会2002年光缆电缆学术年会论文集[C];2002年

7 刘武;;塑料光纤及其连接技术[A];广西光学学会2002年学术年会论文集[C];2002年

8 陈述;;塑料光纤泛谈[A];中国通信学会2007年光缆电缆学术年会论文集[C];2007年

9 李凯;储九荣;吴祥君;张海龙;;连续反应挤出低损耗塑料光纤生产工艺研发[A];2012年光缆电缆学术年会论文集[C];2012年

10 石怀德;袁静伟;王会芳;鲁开朗;;电力信息传输系统塑料光纤应用方法研究[A];2012年电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 蓝岸;通信级塑料光纤生产线在深投产[N];深圳特区报;2007年

2 逄丹;用塑料光纤 实现“最后几百米”接入[N];通信产业报;2009年

3 本报记者 于尚民;江西大圣:光纤改写者[N];通信产业报;2009年

4 记者 王玲;通信级塑料光纤项目签字仪式举行[N];威海日报;2009年

5 王松涛;国内最大塑料光纤产业园正式开工[N];中国石化报;2009年

6 刘之沛　李晓锋;我省通信用塑料光纤技术世界领先[N];江西日报;2009年

7 本报记者 于尚民;塑料光纤有望取代五类线[N];通信产业报;2009年

8 龚涛;江西通信用塑料光纤技术填补国内空白[N];中国工业报;2010年

9 本报记者 于尚民;塑料光纤突围只待产业化[N];通信产业报;2010年

10 逄丹 尚民 伊佳;塑料光纤“百米冲刺”[N];通信产业报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 林霄;塑料光纤的传输损耗系数无损测量方法与传感应用研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2015年

2 郑史烈;塑料光纤传输特性的研究[D];浙江大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邱凌;塑料光纤通信波分复用光发射机(POF/UTP转换器)设计[D];华侨大学;2015年

2 连重炎;锥型塑料光纤的光传输特性及其应用研究[D];华侨大学;2008年

3 黄震;塑料光纤应用系统的研究[D];燕山大学;2004年

4 陈秀锦;抗辐照塑料光纤的研究[D];上海交通大学;2010年

5 张光;梯度折射率塑料光纤关键设备的研制[D];燕山大学;2001年

6 方培沈;单模石英光纤和塑料光纤自动耦合系统[D];浙江大学;2004年

7 尹飞翔;用于光放大器的塑料光纤制备及其光学特性研究[D];吉林大学;2015年

8 周爱;塑料光纤连接技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年

9 肖伟华;塑料光纤传输链路研究与实现[D];北京邮电大学;2013年

10 谷蕾;反射式塑料光纤微距检测系统的研究[D];沈阳工业大学;2012年

  本文关键词：塑料光纤的传输损耗系数无损测量方法与传感应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：296481