新型相移光纖光柵的設(shè)計及傳感特性研究.pdf

1、相移光纖光柵作為一種新型的光無源器件，因其具有極窄線寬、多通道、組合靈活等特性，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。相移光纖光柵可根據(jù)需要設(shè)計其相移的數(shù)量、大小及位置，并獲得靈活多變的折射率調(diào)制結(jié)構(gòu)以及特殊的光譜，從而使其具有高靈敏度、多參量傳感等應(yīng)用特性。隨著對光纖光柵寫制方法的深入探索、寫制技術(shù)的不斷進(jìn)步以及對其功能需求的不斷提高，各種具有特殊結(jié)構(gòu)及新穎功能的相移光纖光柵被不斷設(shè)計和研制出來，并成為新型光子器件的研究熱點(diǎn)。
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2、在繼承前人對相移光纖光柵的寫制方法和應(yīng)用特性的研究基礎(chǔ)上，對相移光纖光柵的形成機(jī)理和新型相移光纖光柵的設(shè)計及應(yīng)用進(jìn)行了研究。設(shè)計并實現(xiàn)了幾種新型相移光纖光柵，并進(jìn)行了傳感和通信應(yīng)用研究。所提出的研究方法和取得的研究成果，為新型光纖光柵的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)異光學(xué)特性的實現(xiàn)提供了新的途徑。論文主要工作和取得的成果包括：
　　 1.系統(tǒng)闡述了光纖光柵的寫制技術(shù)、光譜特點(diǎn)和發(fā)展歷程。重點(diǎn)分析了相移光纖光柵的寫制方法，以及由此而形成的獨(dú)特光學(xué)性

3、質(zhì)及典型應(yīng)用?？偨Y(jié)了形成相移光柵的各種方法，并指出了這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 2.對改變步長法形成的相移超長周期光纖光柵(PS-ULPFG)光譜特性及傳感特性進(jìn)行了研究。理論分析并推導(dǎo)出相移量大小與光柵結(jié)構(gòu)的關(guān)系式，并采用高頻CO2激光脈沖曝光法進(jìn)行了實驗驗證。研究表明，由改變步長法形成的PS-ULPFG相移量不僅與步長改變量有關(guān)，還與衍射階有關(guān)。據(jù)此，提出了一種形成相移光柵的新方法，并用于判定超長周期光纖光柵衍射階。
　

4、　 3.提出并實現(xiàn)了一種基于PS-ULPFG的扭曲傳感器，具有溫度和應(yīng)變均不敏感特性。理論研究和實驗分析表明，通過測量PS-ULPFG的兩諧振峰間距，可有效消除溫度和軸向應(yīng)力對扭曲傳感測量的影響；若預(yù)先給定扭曲初始角度，則該傳感器可用于扭曲方向的判別。
　　 4.設(shè)計并研制了一種新型相移長周期光纖光柵(PSLPFG)，其相移量由一段相位調(diào)制光柵所形成。對該光柵建立了理論模型，并推導(dǎo)出相移量表達(dá)式。采用傳輸矩陣法和高頻CO2激光

5、寫制方法，從數(shù)值模擬和實驗測量上對其進(jìn)行了驗證。研究表明，這種新型PSLPFG的相移量大小由相位調(diào)制光柵的長度和諧振峰的中心波長所決定。并且，利用其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計并實現(xiàn)了溫度不敏感的應(yīng)變傳感測量。
　　 5.設(shè)計并研制了一種由銜套光柵形成相移的新型PSLPFG。研究表明，當(dāng)該光柵的第二個相位調(diào)制光柵與被調(diào)制長周期光纖光柵結(jié)構(gòu)相同時，為雙相移PSLPFG；反之，則為單相移PSLPFG。PSLPFG單相移量的大小相當(dāng)于兩個光柵調(diào)制結(jié)構(gòu)