基于级联长周期光栅的高灵敏度传感器的设计与应用研究

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近年来,光纤光栅凭借着其拥有插入损耗小、对外界环境扰动的反应精度高、耐腐蚀、制作简单等优势被用来制作各种高灵敏度传感器,在光通信和传感领域受到国内外专家学者的广泛关注。其中,长周期光纤光栅(LPG)由于可以将纤芯基模与正向传播包层模式耦合,导致传输光谱出现一系列衰减峰,这一特性将更加广泛的应用在通信领域和传感领域。在这篇文章中将使用KrF准分子激光器刻写不同结构的LPG,并对制作的LPG传感器进行温度和折射率的传感特性研究。本文所研究的内容可分为如下几个方面:
  该论文开始对光纤光栅的发展及性质进行了详细的介绍,并对LPG的耦合理论和传感特性进行深入的分析,模拟LPG在不同周期下的相位匹配曲线,分析了外界环境的扰动包括温度和折射率,对LPG不同阶数的包层模式相位匹配曲线进行仿真。
  其次,阐述了长周期光纤光栅的制作方法,即针对不同周期和不同结构类型的长周期光栅进行制备,特别是利用准分子激光器通过逐点法刻写出工作在相位转折点附近的(PMTP)长周期光纤光栅,并且对LPG的老化特性进行理论分析和实验研究。
  最后,针对LPG工作在PMTP附近的传感特性进行深入研究,设计出一种高灵敏度的级联长周期光栅,它的光谱由一系列的窄带谐振峰组成,同时具有高品质因子(Q-Factor)和高灵敏度的特性。
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