少模光纤光栅的制备及其传感特性研究

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近年来,由于光纤传感器具有抗干扰能力强、适应能力强、体积小等优点,已经被广泛应用于航空业、桥梁道路、机械设备等领域。少模光纤除了具有单模光纤的一系列优点,还兼具多模光纤的非线性低的特点,在新型传感领域受到了越来越多的关注。  本文将少模光纤干涉仪与少模光纤布拉格光栅进行结合,提出一种组合式传感器,对组合传感器的温度、应变、折射率传感特性进行深入研究,主要包括以下几个方面:  首先,分析光纤的基础知识,并且对光纤模式的本征方程、有效折射率等进行详细的数值说明;探讨研究光纤光栅时通常使用的分析方法,即耦合模理论与传输矩阵法,为后续的实验与数据处理奠定基础。  其次,阐述组合传感器的制作。对少模光纤干涉仪干涉谱线的各个影响因素进行MATLAB仿真,为干涉仪的实际制作提供指导;研究紫外曝光法制备布拉格光栅的成栅机理及特性,成功制备出少模光纤布拉格光栅,实验测得传输谱与仿真结果能够很好地吻合;在布拉格光栅两端手动熔接单模光纤,成功制备出组合传感器。  再次,对组合传感器的传感特性进行研究。在对温度、应变、折射率传感机理进行深入研究的同时进行大量的理论仿真,对组合传感器的温度、应变、折射率传感特性进行实验分析,实验结果能够很好地印证理论分析。  最后,通过对长周期光纤光栅成栅机理的研究,选择利用 CO2激光器制备少模光纤长周期光栅。为了能够更好的控制透射峰出现的波长范围,对光栅周期、栅区长度、包层厚度等因素对光栅透射峰的影响进行深入分析。对长周期光栅的折射率传感原理进行深入阐述,仿真少模光纤长周期光栅的折射率特性并在实验后做数据处理分析。
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