基于S型錐馬赫—普德?tīng)柛缮鎯x光纖傳感器研制及特性研究.pdf

1、光纖馬赫-曾德?tīng)?M-Z)干涉儀作為最重要的光纖傳感器件之一，在光傳感領(lǐng)域正發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用。近年來(lái)，隨著制作光纖傳感器的技術(shù)不斷進(jìn)步，人們對(duì)新型光纖傳感器的要求不斷提高，并向著高靈敏度、強(qiáng)適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)靈巧、制作簡(jiǎn)便等高標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)展。其中，S型錐M-Z干涉儀以其結(jié)構(gòu)精巧、折射率和橫向應(yīng)力響應(yīng)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在眾多光纖傳感器中脫穎而出，成為人們關(guān)注的重點(diǎn)，并在近期取得了一些令人感興趣的研究成果。然而，如何實(shí)現(xiàn)光纖M-Z干涉的多參量傳

2、感測(cè)量，一直是其推向?qū)嵱没碾y點(diǎn)。
　　本文針對(duì)目前光纖M-Z干涉儀的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)S型錐的理論模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)制作、光譜性質(zhì)以及傳感特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。一方面，設(shè)計(jì)并制作了由S型錐分別與長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)和光纖布喇格光柵(FBG)組合的兩種新型光纖M-Z傳感器，實(shí)現(xiàn)了溫度-折射率和溫度-應(yīng)力的雙參量測(cè)量。另一方面，光子帶隙光纖(PBGF)的出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了光纖在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，利用拉錐技術(shù)可改變PBG

3、F的導(dǎo)光特性，通過(guò)控制錐形結(jié)構(gòu)參數(shù)能靈活控制光纖傳導(dǎo)模式，由此本文設(shè)計(jì)并制作出基于全固光子帶隙光纖(AS-PBGF)的M-Z干涉儀，并進(jìn)行了溫度傳感研究。本文主要研究工作及其成果如下:
　　1.基于光束傳播法(BPM)，模擬分析了S型光纖M-Z光線傳輸過(guò)程及不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其干涉?zhèn)鬏斪V特性的影響。研究表明:S型錐的長(zhǎng)度、錯(cuò)位量、錐腰直徑等參數(shù)均會(huì)不同程度地影響干涉譜的性質(zhì)，如插入損耗、自由光譜范圍和條紋對(duì)比度等，實(shí)際應(yīng)用中可視具體情

4、況選擇合適的S型錐參數(shù)制作干涉儀。
　　2.實(shí)驗(yàn)制作出一種基于S型錐與LPFG組合的新型M-Z干涉儀傳感器，實(shí)現(xiàn)了折射率與溫度雙參量同時(shí)測(cè)量。該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、測(cè)量靈敏度高等優(yōu)點(diǎn);其中，S型錐的折射率靈敏度達(dá)311.48nm/RIU，溫度靈敏度為12.87pm/℃;LPFG的折射率傳感響應(yīng)與S型錐相反，其靈敏度為-52.57nm/RIU，溫度靈敏度為45.87pm/℃。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相符。
　　3.實(shí)驗(yàn)

5、制作一種基于S型錐M-Z干涉儀內(nèi)嵌FBG傳感器，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力與溫度雙參量同時(shí)測(cè)量。該傳感器具有結(jié)構(gòu)靈巧、造價(jià)低廉、測(cè)量靈敏度和測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn);其中，S型錐的應(yīng)力靈敏度達(dá)-48.56842nm/N，溫度靈敏度為14.71pm/℃; FBG的折射率傳感響應(yīng)與S型錐相反，其應(yīng)力靈敏度為1.30588nm/N，溫度靈敏度為10.13pm/℃。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算相符。
　　4.實(shí)驗(yàn)制作了一種新型基于AS-PBGF的S型錐M-Z干涉儀，理