基于多模干涉光纖結構的光纖激光傳感特性研究.pdf

1、由于汽車工業(yè)、航天軍事、電力系統(tǒng)、石油勘探、環(huán)境監(jiān)測、建筑檢測等多方面的諸多需求，傳感器技術引起各國學者和專家越來越廣泛的關注。隨著光纖器件的價格越來越低廉，種類越來越繁多，光纖通信技術越來越成熟，在二十世紀七十年代末發(fā)展起來一門不同于傳統(tǒng)的全新的傳感器技術，即光纖傳感技術。光纖傳感系統(tǒng)由于其重量輕，體積小，功耗低，隔離電磁干擾和遙控操作方便，而被廣泛應用于溫度、應力、濕度、位置、震動、聲學、電、磁、生化等方面的傳感測量。而基于多模干涉

2、效應（Multimode Interference,MMI）的單模-多模-單模（SMS）光纖結構可用于濾波、傳感和信號處理，這種光學器件提供了具有多優(yōu)勢的全光纖解決方案，其易制造、易包裝、易于與其它光纖相連接的優(yōu)勢使其在傳感領域被普遍地研究和應用。因光纖激光器的輸出激光能夠得到較高的分辨率和靈敏度，可以改善SMS光纖傳感的效果，因此本文將多模干涉光纖結構與光纖激光器相結合，從理論、模擬和實驗上分析基于SMS光纖結構的光纖激光傳感特性。<

3、br>　　本文的主要研究工作如下：
　　（1）敘述了本文的研究背景和意義，概述了基于多模干涉效應的光纖傳感結構和光纖激光傳感技術的研究現(xiàn)狀。
　?。?）從理論上闡述了SMS光纖結構中的多模干涉效應，并從色散方程出發(fā)推導了SMS光纖結構的輸出波長表達式。從這個表達式出發(fā)進一步分析了SMS光纖結構的濾波特性以及溫度、縱向應變和外界環(huán)境折射率的傳感響應機理。
　　（3）基于光束傳播分析法，利用Rsoft軟件對SMS光纖結構中

4、多模光纖內光場分布及其濾波特性進行了仿真模擬，并分別模擬了多模光纖長度、纖芯直徑、包層折射率對SMS光纖結構光輸出特性的影響，從理論上論述了SMS光纖結構可用于溫度、應變、折射率等方面的傳感及監(jiān)測。
　?。?）理論上分析了基于SMS結構的光纖激光器的輸出特性，并利用MATLAB進一步模擬了摻鉺光纖長度、摻鉺濃度、耦合比和SMS光纖結構干涉極大值中心波長對激光輸出特性的影響，為后文中光纖激光傳感系統(tǒng)的設計、制作和調試提供了理論基礎。

5、
　?。?）設計并制作了基于SMS光纖結構的環(huán)形腔摻鉺光纖激光傳感系統(tǒng)，搭建了溫度、應變、折射率和微彎傳感實驗裝置。分別開展了溫度、縱向應變、折射率和微彎等方面的傳感特性實驗研究。對基于SMS光纖結構的光纖激光系統(tǒng)的傳感特性進行了討論，分析了不同實驗結果的差異及優(yōu)缺點，并總結了相關傳感規(guī)律。取得的部分實驗結果如下：基于SMS光纖結構的光纖激光傳感系統(tǒng)的溫度傳感靈敏度是13.24pm/oC，縱向應變傳感靈敏度是1.29pm/με，折