论文题目: 长周期光纤光栅的制作与特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 王昌
导师: 姜德生,何伟
关键词: 光敏性,光纤光栅,长周期光纤光栅,耦合模理论,应力,温度,折射率
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 智能材料与结构是近年来在世界上兴起并迅速发展的材料技术的一个新领域。智能材料与结构具有四种主要特性，即敏感特性、传输特性、智能特性和自适应特性，它代表着21世纪先进新材料发展的一个方向。光纤传感器作为智能材料与结构理想的核心部件，正在受到越来越多的关注，而其中光纤光栅传感器是目前研究和应用的热点。 自从1995年A．M．vengsarkar等人在光纤中成功地写入长周期光纤光栅(Long-period Fiber Grating以下简称LPG)以来，LPG作为光纤器件在光纤通信和传感领域得到了越来越广泛的研究和应用。已经证实LPG可以改进掺铒光纤放大器系统，因此可以用作带阻滤波器和增益平坦滤波器，另外它也可以用作温度和压力传感器，还可以用作光纤光栅传感解调器。LPG的独特之处在于其对包层的灵敏性，这是LPG一个独一无二的特性，它的这种包层灵敏性可以用来制作生物化学传感器。 为了能使LPG广泛的应用于光通信和传感领域，本论文研究了LPG的制作、特性和其在光通信和传感领域的应用情况。文章首先采用耦合模理论模拟了长短周期光纤光栅的光谱形状基础，然后进行光纤的载氢增敏实验，采用普通单模光纤，经过载氢增敏，利用振幅掩模法和逐点法制作出LPG，并对其的传感特性进行了研究。 以三层阶跃折射率波导结构和耦合模理论为基础，考虑到氢分子引起的折射率变化，针对氢载LPG提出了一个简单的模型，对LPG的退火进行了分析和模拟，所得到的结果与实验符合得很好。 采用LPG实现了RTM工艺中的流动前沿监测。实验研究了LPG在各种工艺条件下的光谱信号响应情况，结果表明LPG能可靠地探测中-低纤维体积含量预成型体中的树脂流动前沿，在高纤维体积含量情况中以及探测三维厚度方向不同深度的树脂流动前沿时的应用受树脂折射率的限制。 采用普通单模光纤设计制作LPG，在此基础上，普通单模光纤LPG的双折射效应进行了研究，获得了很好的横向压力敏感性，证明这种LPG具有极大的用作高灵敏度的光纤横向压力传感器的潜力。 提出了一种新颖双周期光纤光栅传感器，在一段氢载光纤的相同位置上先后写入LPG、短周期布拉格光纤光栅(FBG)，这样就可以利用LPG和FBG对
论文目录:
第1章 绪论
1.1 光纤智能材料与结构
1.1.1 智能材料与结构的背景
1.1.2 智能材料、器件与结构的基本概念
1.1.3 光纤智能材料器件
1.2 光纤光栅的研究现状
1.3 光纤光敏性
1.4 光纤光栅的分类
1.4.1 光纤Bragg光栅
1.4.2 长周期光纤光栅
1.4.3 啁啾光纤Bragg光栅
1.4.4 相移光纤Bragg光栅
1.4.5 取样光纤Bragg光栅
1.4.6 闪耀光栅
1.5 光纤光栅的应用
1.5.1 光上下载波分复用器
1.5.2 色散补偿器
1.5.3 半导体激光器的频谱优化
1.5.4 掺铒光纤放大器的增益均衡器
1.5.5 光纤光栅传感
1.5.5.1 温度传感器
1.5.5.2 应变传感器
1.5.5.3 压力传感器
1.6 长周期光纤光栅研究概况
1.7 本论文研究的主要内容
第2章 光纤光栅的理论基础
2.1 引言
2.2 耦合模理论
2.3 光纤Bragg光栅的模式耦合及光谱特性
2.4 LPG的模式耦合及光谱特性
2.5 芯模和包层模有效折射率、模场和耦合系数的数值计算
2.5.1 芯模有效折射率和模场分布的数值模拟计算
2.5.2 包层模有效折射率和模场分布的数值模拟计算
2.5.3 芯模与包层模耦合系数的数值模拟计算
2.6 LPG振幅模板的设计
2.7 本章小结
第3章 掺锗石英光纤光敏特性研究
3.1 引言
3.2 光纤材料的紫外光敏效应
3.2.1 掺锗石英光纤中的缺陷
3.2.2 掺锗石英光纤的吸收谱
3.3 光纤材料光敏性机理
3.3.1 掺锗石英光纤材料的光敏性微观机理
3.3.2 色心模型
3.3.3 结构模型
3.4 光纤材料的增敏
3.4.1 增敏技术
3.4.2 载氢增敏技术
3.4.3 氢气在光纤中的渗透模型
3.5 光纤紫外光敏性的实验研究
3.5.1 实验内容
3.5.2 结果与讨论
3.6 载氢压力与掺锗石英光纤光致折射率改变
3.6.1 实验部分
3.6.2 结果与讨论
3.7 载氢时间与掺锗石英光纤光致折射率改变
3.7.1 实验部分
3.7.2 结果与分析
3.7.3 小结
3.8 光纤光敏性的影响因素分析
第4章 长周期光纤光栅的制备
4.1 引言
4.2 长周期光纤光栅的制作方法
4.2.1 逐点写入法
4.2.1.1 聚焦CO_2激光脉冲聚焦
4.2.1.2 红外飞秒激光脉冲
4.2.2 振幅掩模法
4.2.2.1 微透镜阵列写入法
4.2.2.2 莫尔条纹振幅模板写入法
4.2.3 腐蚀刻槽法
4.2.4 离子束入射法
4.2.5 机械微弯变形法
4.2.6 局部加热写入法
4.2.6.1 电弧放电法
4.2.6.2 氢氧焰加热法
4.3 长周期光纤光栅的制作
4.3.1 逐点法
4.3.2 逐点法制作LPG实验内容
4.3.2.1 条纹数对谱型的影响
4.3.2.2 脉冲能量对谱型的影响
4.3.2.3 载氢对谱型的影响
4.3.3 实验分析
4.3.4 振幅掩模法
4.4 长周期光纤光栅的退火
第5章 长周期光纤光栅的传感特性
5.1 引言
5.2 长周期光纤光栅的温度传感特性
5.2.1 谐振波长的温度特性
5.2.2 损耗峰幅值的温度特性
5.3 长周期光纤光栅的轴向应变特性研究
5.4 长周期光纤光栅的双折射效应
5.5 长周期光纤光栅的折射率传感特性研究
第6章 长周期光纤光栅的应用
6.1 引言
6.2 长周期光纤光栅传感器流动监测技术
6.2.1 引言
6.2.2 长周期光纤光栅流动监测原理
6.2.3 实验内容
6.2.4 实验结果与分析
6.2.5 结论
6.3 长短双周期光纤光栅
6.3.1 引言
6.3.2 长短双周期光纤光栅理论分析
6.3.3 长短双周期光纤光栅的制作方法
6.3.4 长短双周期光纤光栅温度和应变测量
6.3.4.1 长短双周期光纤光栅温度和应变测量的数学表示
6.3.4.2 长短双周期光纤光栅温度和应变测量实验
6.3.5 长短双周期光纤光栅对多轴应变同时测量
6.3.6 基于长短双周期光纤光栅的编码复用技术
第7章 总结
参考文献
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致谢
发布时间: 2006-11-09
参考文献
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