基于长周期光纤光栅nacl溶液浓度传感器的研究

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3、）对光纤光栅的理论研究方法进行了学习，深入研究了光纤光栅的耦合模理论。我们根据建立在三层阶跃折射率光纤上的模型，对发生在其中的耦合过程进行了推导。推导出了光纤光栅中耦合模式和场、纤芯基模自耦合系数和包层模耦合系数的解析表达式。根据耦合模理论，对长周期光纤光栅的耦合方程进行了推导，并且研究了纤芯模和包层模的耦合模式。利用传输矩阵法完成了对长周期光纤光栅的透射光谱的模拟仿真。（2）基于耦合模理论的推导和数值模拟仿真的结果，调查了长周期光纤光栅的传感特性。并且还讨论了长周期光纤光栅的长度、光栅周期以及折射率调制深度对其透射光谱图所造成的

4、影响。讨论了长周期光纤光栅应用在传感折射率变化时的灵敏特性。在模拟仿真的基础上，分析了外界折射率变化对长周期光纤光栅透射光谱中的谐振损耗峰透射光功率和中心波长产生的影响。（3）设计了一个利用长周期光纤光栅实现溶液浓度监测的系统，而且对系统进行了改进。设计了固定槽保持长周期光纤光栅在测量过程中不受应力应变影响。实验过程中，保持恒温21摄氏度。测量了长周期光纤光栅在1350nm到1650nm间的透射光谱图。研究发现NaCl溶液浓度变化与长周期光纤光栅透射谐振损耗峰峰值呈线性关系。通过对实验数据进行线性拟合，得到光功率表达式。对长周期光

5、纤光栅溶液浓度测量系统进行了改进。通过测量单一波长1530nm的透过光功率变化实现对溶液浓度变化的监测。实验显示，同样可以得到NaCl溶液浓度与透射光功率间的线性关系。传感器可以测量0g/L到40g/L的溶液浓度，分辨率到达5g/L。折射率变化量为±0.000925。传感器光强灵敏度为0.06µW/g/L。关键词：：：长周期光纤光栅，耦合模理论，传输矩阵法，折射率传感理论，溶液浓度传感ABSTRACTWiththedevelopmentandprogressofthefibergratingtechnology,thefiberg

6、ratinghasbeenmoreandmorefamousinapplicationfieldslikeopticalfibercommunication,opticalfiberlaserandopticalfibersensors.Thispaperisfocusedonthelongperiodfibergrating.Deepresearchhasbeendoneonthecouplingtheoryandsensingperformanceoflongperiodfibergrating.Themainworkdone

7、inthepaperincludestheaspectsbelow:(1)Researchhasbeendoneonthetheoryoffibergratingmodecouplingtheory.Thetheoryisderivedbasedonthethreelayerfibermode.Thefibergratingcouplingmodeandfieldexpressionsarediscussed.Wededucedthecouplingefficienciesbetweenthefibercoreguidemodes

8、itselfandthecladcouplingmodes.Thecouplingmodesoflongperiodfibergratingarestudiedbasedonthecouplingequations.Thetransmissions