两种新型长周期光纤光栅应用基础地研究论文

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1、中文摘要摘要近几年来，笔者所在实验室针对高频C02激光单侧写入的普通长周期光纤光栅(LPFG)，以及一些特殊波导结构的光栅，如超长周期光纤光栅(ULPFG)、边缘折变型长周期光纤光栅(E—LPFG)等的制作方法、光学特性和实际应用进行了较为全面的研究，取得的成果得到了国内外专家的初步认可。本课题受到国家自然科学基金重点项目“新一代微纳光纤传感器基础研究”等项目基金资助，在实验室之前的研究基础上对旋转折变型长周期光纤光栅进行了进一步研究，并设计制作了一种新型波导结构的光栅，对其部分光学特性进行了实验研究和理论分析，取得了一些创新性研究成果。此

2、外，对以上两种光栅在光纤传感方面的应用进行了初步的实验研究，取得了一定的进展。主要工作和成果如下：l、对旋转折变型长周期光纤光栅(R．LPFG)进行了进一步的研究，并在模场分裂理论的基础上首次提出并利用拍频光栅理论对R．LPFG的传输特性和部分环境响应特性进行了分析：(1)当光栅的扭曲周期较小时，谐振峰会发生分裂现象，并且扭曲周期越小，两分裂谐振峰的间隔距离越大；(2)实验研究了R—LPFG的温度、应变以及扭曲特性，发现这种光纤光栅具有一些独特的光学特性。2、设计制作了一种边缘缺槽型超长周期光纤光栅(G．ULPFG)，并对其制作方法、结构特

3、点及部分环境响应特性进行了实验研究：(1)通过精确控制高频C02激光在光纤包层边缘区域的曝光位置和能量，可以在光纤边缘刻出不同深度的周期性缺槽以形成光栅；(2)通过对G．ULPFG的温度、应变及环境折射率特性研究发现，与普通ULPFG相类似，G．ULPFG具有多个谐振峰，并且每个谐振峰对环境参量如温度、应变、折射率等的灵敏度不一样，此外，由于边缘缺槽结构的引入，使得G—ULPFG的环境响应灵敏度，尤其是应变和折射率灵敏度要比普通ULPFG高出很多。3、对以上两种新型光栅的应用潜力进行了初步研究：(1)基于R．LPFG和G．ULPFG的一些独

4、特的环境响应特性设计一些实现多参数测量的光纤传感器件；(2)基于G．ULPFG高灵敏度的环境折射率响应特性设计制作一种高灵敏度的湿度传感器，其原理是：在光栅表面涂覆一层高吸水性材料，材料吸收外界的水份后自身的折射率发生变化，导致光栅谐振峰发生改变，从而实现对环境湿度的测量。关键词：光纤光学，光纤光栅，高频C02激光，环境响应特性，湿度测量英文摘要ABSTRACTThefabricationmethod，opticalcharacteristicsandcorrespondingapplicationsbasedonside·writtenl

5、ongperiodfibergrating(LPFG)andsonegratingswithspecialwaveguidestructure，suchasultralongperiodfibergrating(ULPFG)，edge·writtenlongperiodfibergrating(E-LPFG)andSOon，inducedbyhighfrequencyC02laserpulseswerestudiedinthepastseveralyears，andtheresearchresultsobtaintheinitialreco

6、gnitionofdomesticandforeignexperts．Inthisthesis，thelongperiodfibergratingwithrotaryrefractiveindexmodulation(R-LPFG)isfurtherresearched，andbesides，anovelLPFGwithspecialwaveguidestructureisdesignedandfabricated．Thecharacteristicsandtheapplicationsinfibersensingoftheabovefib

7、ergratingshavebeenstudiedbyexperimentalandtheory．Themainworkisgivenasfollows：1．Thelongperiodfibergratingwithrotaryrefractiveindexmodulation(R—LPFG)isfurtherstudied，andthebeatfrequencytheoryisproposedtoanalyzethetransmissioncharacteristicsandenvironmentalresponsecharacteris

8、ticsofR-LPFG,forthefirsttimetoourknowledge：(1)ForR—LPFGwithsmalltwistperiodtheresonancepe