80μm直径光纤光栅的制作及其特性研究

论文摘要

光纤光栅作为一种光纤内器件自上世纪70年代末问世以来,已经在通信领域得到广泛地应用。自1989年Morey首次提到将光纤光栅用作传感以来,光纤光栅传感器的研究和应用已经取得了持续和快速的发展。其应用范围已包括民用结构工程、航空航天、船舶航运、电力工程、石化工程,核工程等多个领域。到目前为止,应用于传感领域的光纤光栅主要是用125μm直径光纤制作的,我们还没有发现80μm直径光纤制作的光纤光栅用于制作光纤光栅传感器。 80μm直径光纤是一种具有较高数值孔径的弯曲不敏感单模光纤。由于包层和外涂覆层几何尺寸的细小,光纤对弯曲损耗的敏感性显著降低,并使之在密绕时具有较低的弯曲损耗。一般应用在对光纤密绕弯曲半径要求苛刻的器件,泵浦光纤,数据型号传输,传感器件的场合。 本课题研究80μm直径光纤光栅的制作及其传感特性。80μm直径光纤光栅相对于125μm直径光纤在传感领域的应用具有以下优势:体积更小、重量更轻、产生应变更容易。在一些特殊要求的场合中,80μm直径光纤光栅大有用武之地。 本文所做的主要工作包括: 1.详细阐述了光纤布喇格光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPG)的耦合模理论,从理论上研究了80μm直径FBG和LBG的温度和轴向应力特性; 2.分析了80μm直径光纤制备FBG和LPG的可行性,研究了80μm直径光纤的光敏性以及载氢增敏机制; 3.利用相位掩模板写入FBG和利用振幅掩模板写入LPG的方法; 4.实际测试了80μm直径FBG的Bragg波长随应变的变化,以及80μm直径LPG的中心波长对温度变化的实验。 5.分析了80μm直径光纤光栅制作传感器的可行性,阐述了利用80μm直径光纤光栅制作传感器的实际应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外光纤光栅传感技术的发展状况
• 1.2 本论文研究的目的和意义
• 1.3 本文工作
• 第二章 相关理论
• 2.1 概述
• 2.2 耦合模理论
• 2.2.1 FBG的模式耦合
• 2.2.2 LPG的模式耦合
• 2.3 光纤光栅的传感原理
• 2.3.1 FBG的传感特性
• 2.3.2 LPG的传感特性
• 2.3.3 LPG的双折射效应
• 第三章 光纤光栅制备技术
• 3.1 光纤的光敏性
• 3.2 光纤光栅的写入技术
• 3.2.1 驻波干涉法
• 3.2.2 全息曝光法
• 3.2.3 相位掩模法
• 3.2.4 逐点写入法
• 3.2.5 振幅掩膜法
• 第四章 80μm光纤光栅的制备
• 4.1 80μm直径的光纤基本结构
• 4.2 80μm直径 FBG和 LPG的制备
• 4.2.1 FBG的制备
• 4.2.2 LPG的制备
• 第五章 80μm光纤光栅传感特性研究
• 5.1 80μm光纤光栅应变传感特性研究
• 5.2 80μm光纤光栅温度传感特性研究
• 第六章 80μm光纤光栅的应用及展望
• 6.1 80μm光纤光栅的应用
• 6.1.1 光纤光栅的应用-光纤光栅传感
• 6.1.2 80μm直径光纤光栅的应用
• 6.2 总结及展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢