光纖光柵器件及傳感應用研究.pdf

1、光纖光柵傳感技術是傳感領域的主流發(fā)展方向之一?；诓ㄩL編碼的光纖光柵傳感器具有不受電磁干擾、靈敏度高、結構緊湊、便于波分復用、易于構成光纖傳感網絡等優(yōu)點，已經廣泛用于地震監(jiān)測、土木工程、航天航空、海洋探測、石油電力、生物化學及醫(yī)學檢測等眾多領域。本論文圍繞幾種新型光纖光柵器件，并就其在光纖傳感中的應用進行了深入的理論和實驗研究，取得了若干創(chuàng)新性成果。論文的主要工作歸納如下： 首先從光纖光柵的物理模型出發(fā)，介紹了分析光纖光柵的理論

2、工具(耦合模理論和傳輸矩陣法)，并用其分別對光纖布拉格光柵(FBG)和長周期光柵(LPG)進行了模擬計算，分析了各自光譜特性；闡述了光纖的光敏性機理，介紹了幾種常見的光纖增敏技術；分析了幾種常用的光柵制作技術，重點介紹了本論文中所使用的光纖光柵制作系統(tǒng)。 單縱模輸出的短腔光纖光柵激光器在傳感應用中具有重要應用價值。首先介紹了光纖光柵激光器理論，并分析了實現(xiàn)單縱模輸出的條件。然后介紹了短腔光纖光柵激光器的制作方法，并利用短腔光纖光

3、柵激光器產生的偏振拍頻信號進行應變與溫度同時測量、橫向壓力負載測量。實驗結果表明，光纖光柵激光器具有比普通FBG更高的靈敏度。其次是利用短腔光纖光柵激光器作水聽器，測量高頻醫(yī)學超聲波。研究了光纖包層直徑與水聽器響應之間的關系，設計了專用的光纖腐蝕工藝和實驗裝置，給出了詳細的實驗過程和分析結論。 研究了光纖光柵折射率傳感中的中的兩個關鍵問題，即如何提高靈敏度和解決溫度交叉敏感問題。詳細分析了長周期光纖光柵用于折射率傳感的原理，提出

4、了內插光纖錐LPG干涉儀用于提高折射率傳感靈敏度；同時，就溫度交叉敏感問題提出了三種不同的解決方案，包括夾層LPG結構、雙LPG結構、內插光纖錐多模光纖FBG對結構，分別介紹了它們對折射率與溫度同時測量的原理，并用實際制作的光纖光柵傳感器進行了相關的折射率和溫度測量實驗，最后對實驗結果進行了分析討論。 介紹了幾種常用的光纖光柵傳感器信號解調方案，分析了各自的工作原理、優(yōu)缺點及相應的應用領域。提出了兩種新型的解調方法，首先詳細闡述