基于光子晶体光纤的法珀传感器研究

论文摘要

光子晶体光纤又叫微结构光纤,作为一种新型的导光介质,由于其微结构而具有很多优良特性,为解决很多通信和传感方面的难题提供了契机,成为备受关注的研究热点。法珀腔作为光纤传感器家族的一员,具有抗干扰能力强、本质安全、可测量量多、测量动态范围大、测量精度高、可远程测量等优点而倍受青睐,已成为技术最为成熟、应用最为广泛的光纤传感器之一。本文首先简单介绍了光子晶体光纤,再对光纤法珀传感器原理及分类做了简单介绍,分析了现今三类法珀传感器:本征法珀传感器、非本征法珀传感器和在线法珀标准件的优点和不足。本文在前人的基础上对用光子晶体光纤来制作光纤在线法珀标准件来解决传统法光纤珀腔的不足进行了探索,探讨验证了其复用效果;还进行了基于光子晶体光纤法珀腔温度自矫正传感器的探索。主要做的工作和成果如下:1.基于对光子晶体光纤与单模光纤的熔接实验探索,进行了光子晶体光纤熔接法珀腔的实验研究,通过计算机模拟探讨了影响熔接的光纤法珀腔效果的因素,提出了通过调节熔接损耗或熔接参数配置来匹配熔接端面反射系数达到提高光纤法珀腔输出信号质量的方法,通过该方法成功熔接出输出信号质量较好的光纤法珀腔。并对制作的法珀腔进行了温度应变测评。对光源相干性对制作的光纤法珀腔输出信号质量影响做了定性的探讨,提出应用准相干光源将有利于充分发挥制作的光子晶体光纤法珀腔制作长腔长的优势。2.用制作的基于光子晶体光纤法珀腔进行了频分波分复用的实验测试,测试结果表明,该传感器在复用系统中对应变的线性度很好,无滞回性,重复性好。还对测试结果进行了推导解释。3.针对现今测液体折射率时,液体折射率会随温度变化而变化的问题,提出并制作了基于光子晶体光纤法珀腔结构的液体折射率、温度同时测试的折射率测试传感器,该传感器通过与光源强度独立的输出干涉信号的对比度变化来测定液体折射率,而通过与输出干涉信号对比度相互独立的输出信号相位变化来实现对液体温度的独立测量。根据温度对相应液体折射率影响关系来消除温度对测定折射率的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 光子晶体
• 1.2 光子晶体光纤
• 1.2.1 基于全内反射导光型光子晶体光纤
• 1.2.2 光子带隙型光纤
• 1.2.3 光子晶体光纤的特性与应用
• 1.2.4 光子晶体光纤的分析方法
• 1.2.5 光子晶体光纤的制作
• 1.3 光纤法珀腔
• 1.3.1 法珀腔原理
• 1.3.2 光纤法珀腔
• 1.4 本课题研究内容
• 2 光子晶体光纤熔接基础
• 2.1 光子晶体光纤熔接
• 2 激光器熔接方法'>2.1.1 CO₂激光器熔接方法
• 2.1.2 基于灯丝熔接机熔接方法
• 2.1.3 电弧熔接方法
• 2.1.4 其它接续方法
• 2.2 接续损耗分析
• 2.2.1 熔接缺陷损耗
• 2.2.2 波导特性差异损耗
• 2.3 熔接实验研究
• 2.3.1 实芯PCF 与SMF 之间的熔接
• 2.3.2 空芯PCF 与SMF 的熔接
• 2.4 本章小结
• 3 基于光子晶体光纤的在线法珀腔
• 3.1 空芯光子晶体光纤的在线法珀腔标准件制作
• 3.2 HCPCF-ILFE 制作改进
• 3.3 基于光子晶体光纤的在线法珀腔解调基础
• 3.3.1 强度解调方法
• 3.3.2 相位解调方法
• 3.3 HCPCF-ILFE 测试
• 3.3.1 HCPCF-ILFE 温度测试
• 3.3.2 HCPCF-ILFE 应变测试
• 3.4 光源相干性对法珀腔干涉信号影响
• 3.4.1 光源的相干时间对HCPCF-ILFE 干涉的影响
• 3.5 本章小结
• 4 HCPCF-ILFE 的波分频分复用
• 4.1 基于HCPCF-ILFE 应变传感器波分频分复用系统结构及原理
• 4.1.1 波分频分复用系统的结构
• 4.2 光纤法珀腔频分复用（SFDM ）解调
• 4.2.1 SFDM 解调原理
• 4.2.2 离散傅立叶（DFT）解调算法
• 4.2.3 其它频域解调算法
• 4.3 基于HCPCF-ILFE 应变传感器波分频分复用实验
• 4.4 本章小结
• 5 基于光子晶体光纤的折射率温度自矫正传感器的研究
• 5.1 测量原理
• 5.2 基于光子晶体光纤的折射率温度自矫正传感器的制作
• 5.3 实验测量
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录