基于長周期光子晶體光纖光柵的溫度傳感特性研究.pdf

1、本文根據(jù)耦合模理論和傳輸矩陣的方法,主要研究了長周期光子晶體光纖光柵的溫度傳感特性。首先對普通相移長周期光柵的傳輸譜特性進行分析,推導(dǎo)出兩平行放置長周期光柵對的傳輸矩陣,分析了引入不同的非均勻因素,得到相移,周期失諧,啁啾和切趾函數(shù)等因素對光柵對傳輸譜線的影響；其次,研究了光子晶體光纖的模式特性,計算出折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖的纖芯模式和部分包層模式,并對在光子晶體光纖中填充溫敏材料前后的溫度特性進行了分析；接下來通過模擬在光子晶體光纖

2、上寫入長周期光柵,填充高溫敏折射率液體,分別對單個長周期光柵以及兩個長周期光柵級聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)下的溫度傳感特性進行了分析研究。主要研究內(nèi)容包括:
　　 (1)為了分析相移量對長周期光柵透射譜的影響,對單根LPG和兩平行放置LPGs的耦合模方程進行推導(dǎo),得到其具體的傳輸矩陣。分析結(jié)果表明:在LPG中引入單個相移量,會在光柵的透射帶寬內(nèi)打開一個反射窗口,形成兩個透射峰,透射峰位置與相移量大小有關(guān),相移量大小為萬時,光柵的透射譜的兩個峰值

3、對稱,另外隨著引入相移點的位置接近光柵中心,光柵透射譜展寬:在LPG中等間隔引入多個相移量,透射峰的個數(shù)隨之增加。
　　 (2)為了研究光柵非均勻因素對長周期光柵對的頻譜特性的影響,通過設(shè)置不同的光柵參數(shù),分析了在光纖光柵結(jié)構(gòu)中引入不同非均勻因素的情況,其中非均勻因素包括相移,周期失諧,啁啾,切趾等。結(jié)果表明:相移、周期失諧和啁啾的引入將影響長周期光柵對的頻譜寬度,隨著非均勻量的增加,光柵對傳輸譜的頻譜展寬,但是同時會在通帶產(chǎn)生

4、明顯的旁瓣峰值,而指數(shù)切趾可以有效的抑制旁瓣。
　　 (3)在折射率引導(dǎo)型PCF上寫入LPG,并填充折射率溫度敏感型液體,提出了一種新型溫度傳感器。首先在實驗上給出了光子晶體光纖填充液晶后的電調(diào)制特性。接下來應(yīng)用全矢量有限元法,計算了在六角形結(jié)構(gòu)排列的大模場面積光子晶體光纖(LMA-PCF)的空氣孔中填充液體乙醇前后,PCF的纖芯基模和包層模的模場分布和色散曲線。根據(jù)禍合模理論,分析了光子晶體光纖長周期光柵(PCF-LPG)的傳

5、輸譜隨溫度變化的關(guān)系。研究表明:填充液體乙醇后,在.20℃～80℃范圍內(nèi)PCF-LPG傳輸譜中心波長隨溫度近似以線性變化,其溫度敏感度為1.766 nm/℃。
　　 (4)基于馬赫.曾德爾型干涉儀結(jié)構(gòu),提出了PCF-LPGs的溫度傳感結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是在光子晶體光纖上間隔一段距離寫入兩段長周期光柵,在PCF中填充液體乙醇,兩段LPGs具有完全相同的3dB透射譜。研究表明:該級聯(lián)雙光柵結(jié)構(gòu)的傳輸譜對溫度的變化敏感,而且與(3)中的單根