實(shí)芯光子晶體光纖干涉儀傳感特性研究.pdf

1、光子晶體光纖作為一種新型的導(dǎo)光傳輸介質(zhì)，因其特殊的微結(jié)構(gòu)而具有很多優(yōu)良特性，如：無(wú)截止單模傳輸、高非線(xiàn)性、大模場(chǎng)面積等。這種微結(jié)構(gòu)光纖的問(wèn)世解決了通信與傳感領(lǐng)域的眾多難題，成為備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。光纖傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)、制作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、可靠性好、可遠(yuǎn)程測(cè)量等優(yōu)勢(shì)而備受青睞，本文將實(shí)芯光子晶體光纖的優(yōu)良特性引入到光纖Mach-Zehnder干涉儀與光纖Fabry-Perot干涉儀之中，理論分析了實(shí)芯光子晶體光纖Mach-Zehn

2、der干涉儀和Fabry-Perot干涉儀的基本原理，手動(dòng)熔接制作了基于實(shí)芯無(wú)截止單模光子晶體光纖的Mach-Zehnder干涉儀和Fabry-Perot干涉儀、基于多模實(shí)芯光子晶體光纖的Fabry-Perot干涉儀，并且理論分析及實(shí)驗(yàn)研究了這兩類(lèi)干涉儀的光學(xué)特性和傳感特性，為其進(jìn)一步應(yīng)用提供了重要的指導(dǎo)。
　　本論文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：
　　1.首先介紹了光子晶體光纖的基本理論、光學(xué)特性及其與單模光纖的耦合；詳細(xì)

3、闡述了實(shí)芯光子晶體光纖Mach-Zehnder干涉儀和Fabry-Perot干涉儀的制作過(guò)程，并且對(duì)其制作過(guò)程中的模式耦合及損耗進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)這兩種干涉儀的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了理論分析。
　　2.對(duì)實(shí)芯光子晶體光纖Mach-Zehnder干涉儀的光學(xué)特性進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。
　　(1)理論分析了實(shí)芯光子晶體光纖Mach-Zehnder干涉儀的折射率、溫度、應(yīng)變及彎曲等環(huán)境響應(yīng)的特性；
　　(2)折射率實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果表明，在1.34～1.384的折射率區(qū)間，這種器件表現(xiàn)出很好的線(xiàn)性響應(yīng),其折射率靈敏度為70.45nm/RIU。將干涉儀的干涉臂腐蝕后，折射率靈敏度提高到了198.77nm/RIU，約為腐蝕前的2.8倍。由溫度和應(yīng)變實(shí)驗(yàn)特性可知，該傳感器的應(yīng)變線(xiàn)性度較好、機(jī)械強(qiáng)度高、溫度靈敏度低(0.0019nm/℃)，從而可部分克服溫度-應(yīng)變的交叉敏感影響。此外，通過(guò)該干涉儀的彎曲特性實(shí)驗(yàn)可知，其彎曲靈敏度可達(dá)3.046nm/m，且沒(méi)有遲滯效應(yīng)；<

5、br>　　(3)將長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)與具有零偏置的實(shí)芯光子晶體光纖Mach-Zehnder干涉儀級(jí)聯(lián)進(jìn)行彎曲測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，級(jí)聯(lián)后的傳感器件具有更高的靈敏度和分辨率。最后，對(duì)實(shí)芯光子晶體光纖Mach-Zehnder干涉儀在傳感與通信領(lǐng)域的潛在應(yīng)用進(jìn)行了討論。
　　3.對(duì)在線(xiàn)型實(shí)芯光子晶體光纖Fabry-Perot干涉儀的光學(xué)特性進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。
　　(1)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究了在線(xiàn)型實(shí)芯光子晶體光纖Fab

6、ry-Perot干涉儀的氣體折射率傳感機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該干涉儀可以用于監(jiān)測(cè)不同壓強(qiáng)下空氣的折射率變化，其折射率靈敏度達(dá)到805.1um/RIU，沒(méi)有遲滯效應(yīng)，此外，該干涉儀還可以用于監(jiān)測(cè)未經(jīng)壓縮的不同濃度的氣體的折射率；
　　(2)理論分析了多模實(shí)芯光子晶體光纖Fabry-Perot干涉儀的高溫-應(yīng)變特性。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，這種傳感器件可以耐750℃的高溫且具有較低的溫度靈敏度，而其應(yīng)變靈敏度可達(dá)2.3pm/με，在航天、航空和