力學(xué)微彎長周期光纖光柵的制備及其折射率傳感研究.pdf

1、隨著光纖及光子器件制造技術(shù)的不斷完善，光纖光柵已成為目前最具有代表性和最有發(fā)展前途的光纖無源器件之一，并得到了廣泛應(yīng)用。長周期光纖光柵（LPFG）作為一種新型光無源器件，能夠?qū)崿F(xiàn)纖芯導(dǎo)模與同向傳輸不同階次包層模之間的能量交換，引起特定波長的傳輸損耗。由于具有低后向反射、低插入損耗、制備工藝簡單、體積小、傳感靈敏度高、抗電磁干擾和兼容于光纖等優(yōu)點(diǎn)， LPFG已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域。另一方面，由于LPFG的耦合特性受外界條件的影響，其諧

2、振波長和耦合強(qiáng)度均隨外界物理參數(shù)發(fā)生變化，除了對溫度、應(yīng)變、彎曲等敏感外，還對折射率變化非常敏感，因此，基于 LPFG的折射率傳感受到國內(nèi)外廣大學(xué)者的關(guān)注和研究。本論文以 LPFG作為研究對象，主要圍繞力學(xué)微彎LPFG的制備及其折射率傳感開展了大量的的研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　1.介紹了光纖光柵的發(fā)展?fàn)顩r與分類；列舉了幾種 LPFG的制備方法并比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)；詳細(xì)總結(jié)了LPFG折射率傳感方案；介紹了力學(xué)微彎LPFG的發(fā)展現(xiàn)

3、狀及其應(yīng)用成果。
　　2.在分析多層圓均勻光波導(dǎo)模場的基礎(chǔ)上，采用圓環(huán)折射率離散化法，給出了光纖橫截面任意折射率分布的普適函數(shù)。結(jié)合耦合模理論，推導(dǎo)了橫截面折射率調(diào)制均勻和非均勻 LPFG的模式耦合方程，利用數(shù)值計(jì)算方法對兩種光柵譜特性進(jìn)行了分析和討論。
　　3.基于周期性微彎效應(yīng)和光彈效應(yīng)，提出了一種制備 LPFG的簡易方法。通過對兩個(gè)周期性刻槽板之間的單模光纖施力制作了力學(xué)微彎LPFG，從實(shí)驗(yàn)上研究了此類LPFG的光譜特

4、性。結(jié)果表明：改變壓力可以靈活地調(diào)諧LPFG諧振損耗峰值，最大損耗峰值可達(dá)24.6 dB。在1551.9 nm處，該LPFG最大偏振相關(guān)損耗值為7.42 dB，對應(yīng)諧振波長分離值為1.9 nm，且均隨包層模階次的增大而增大。此外，研究了光纖扭轉(zhuǎn)后制備的 LPFG的透射譜特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著光纖扭轉(zhuǎn)率增大，光柵諧振波長向短波方向遷移。最后，通過腐蝕光纖包層能夠有效地提高LPFG的耦合效率。
　　4.相移 LPFG因其光譜設(shè)計(jì)靈活而備受

5、關(guān)注。利用力學(xué)微彎法制作了相移LPFG，實(shí)驗(yàn)著重討論了光柵參數(shù)對π相移LPFG透射譜的影響。結(jié)果表明：π相移 LPFG諧振峰幅度隨施加壓力的增大而增大，通帶帶寬隨π相移個(gè)數(shù)增加而增寬，但通帶中心波長不發(fā)生變化。引入9個(gè)π相移的LPFG的LP13耦合模通帶帶寬可達(dá)32.34 nm。
　　5.提出了一種基于復(fù)合光波導(dǎo) LPFG的新型折射率傳感器，使用一系列有機(jī)試劑和不同濃度的NaCl溶液對其進(jìn)行折射率響應(yīng)靈敏度實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：該傳感器