长短双周期光纤光栅的研究

论文摘要

在光纤光栅传感器中所使用的光纤光栅主要是短周期光纤光栅和长周期光纤光栅,我们所说的短周期光纤光栅就是普通的等周期光纤布喇格光栅,短周期光纤光栅由于其良好的传感特性和比较成熟的解调手段,已经在传感领域得到广泛地应用。长周期光纤光栅相对于短周期光纤光栅发展得比较晚,还没有得到广泛地应用,但长周期光纤光栅有其独特的传感特性,比如:有比较敏感的应变和温度特性;有比较敏感的双折射特性;对周围介质折射率敏感等,由于这些特性,近年来长周期光纤光栅传感器的研究也越来越受到广泛地关注。 将长周期光纤光栅和短周期光纤光栅重叠写入光纤的同一位置,可以得到既具有长周期光纤光栅特性又具有短周期光纤光栅特性的光纤光栅,我们将这种光纤光栅称之为长短双周期光纤光栅。这种长短双周期光纤光栅中的长周期光纤光栅信号和短周期光纤光栅的信号互不干扰,在光纤反射端,只能观察到短周期光纤光栅的反射谱;在光纤透射端,长周期光纤光栅和短周期光纤光栅的信号都可以观察到,但是短周期光纤光栅的透射谱不影响长周期光纤光栅透射谱。本文对这种长短双周期光纤光栅的制作和传感特性进行了研究,在此基础上,探讨了三种基于长短双周期光纤光栅的应用: 1、温度和应变的同时测量; 2、多轴应变的同时测量: 3、编码波分复用技术。 并对以上三方面的应用进行了理论和实验研究。 本文做了如下主要工作 (1)对长短双周期光纤光栅的制作进行了研究; (2)从理论上对长短双周期光纤光栅的传感特性进行了分析; (3)研究了基于长短双周期光纤光栅的温度、应变同时测量方法; (4)研究了基于长短双周期光纤光栅的多轴应变同时测量方法; (5)研究了基于长短双周期光纤光栅的编码波分复用技术。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 长短双周期光纤光栅传感器研制的意义
• 1.2 国内外光纤光栅传感技术的发展状况
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 光纤光栅传感器的理论
• 2.1 耦合模理论
• 2.1.1 短周期光纤光栅的模式耦合
• 2.1.2 长周期光纤光栅的模式耦合
• 2.1.3 长短双周期光纤光栅的耦合模理论
• 2.2 光纤光栅的传感原理
• 2.2.1 短周期光纤光栅的传感特性
• 2.2.2 长周期光纤光栅的传感特性
• 2.2.3 长周期光纤光栅的双折射效应
• 第三章 长短双周期光纤光栅的制作
• 3.1 光纤的光敏性及其微观机理
• 3.2 光纤的载氢增敏方法及其理论模型
• 3.2.1 载氢光纤的光敏性
• 3.2.2 载氢模型
• 3.3 长短双周期光纤光栅的制作
• 3.3.1 短周期光纤光栅的制作方法
• 3.3.1.1 内部写入法
• 3.3.1.2 全息成栅法
• 3.3.1.3 光纤光栅的单脉冲写入
• 3.3.1.4 相位掩膜法
• 3.3.2 长周期光纤光栅的制作方法
• 3.3.2.1 逐点写入法
• 3.3.2.2 振幅掩膜法
• 3.3.3 长短双周期光纤光栅的制作方法
• 第四章 长短双周期光纤光栅传感特性与应用研究
• 4.1 长短双周期光纤光栅对温度和轴向应变同时测量
• 4.2 长短双周期光纤光栅对多轴应变同时测量
• 4.3 基于长短双周期光纤光栅的编码复用技术
• 第五章 总结
• 5.1 本文完成的主要工作
• 5.2 对今后研究工作的展望
• 参考文献
• 学习期间发表的有关论文及参与的项目
• 致谢