大规模光纤光栅阵列制备及其查询关键技术研究

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1、万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关

2、数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期(注：此页内容装订在论文扉页)万方数据万方数据分类号学校代码10497UDC学号10497111077学位论文题目大规模光纤光栅阵列制备及其查询关键技术研究英文Researchonthekeytechnologyoffabricatingand题目interrogatinglargeserialfiberBragg

3、grating研究生姓名罗志会姓名姜德生职称教授指导教师单位名称材料科学与工程学院邮编430070申请学位级别博士学科专业名称光电子及信息材料论文提交日期2014年9月论文答辩日期2014年12月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2014年12月万方数据万方数据ADissertationSubmittedtoAcademicDegreeEvaluationCommitteeofWuhanUniversityofTechnologyfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringRese

4、archontheKeyTechnologyofFabricatingandInterrogatingLargeSerialFiberBraggGratingDoctoralCandidate:LuoZhihuiMajor:OptoelectronicsandInformationMaterialsSupervisor:Prof.JiangDengshengProf.WenHongqiaoWuhanUniversityofTechnologyWuhan,430070,P.R.ChinaMarch,2014万方数据万方数据中文摘要准分布式光纤光栅传感

5、网络具有灵敏度高、响应速度快、方便波长解调、耐腐蚀、抗电磁干扰等特点，已经在工程中获得广泛应用。但在诸如复杂结构监测、火灾报警、周界安全等重大工程领域，要求传感网络的监测点多达上千个，传统的组网方式面临技术和成本的双重挑战，开发大规模光纤光栅传感网络的需求尤为迫切。波分复用（WDM）和时分复用（TDM）技术是目前扩展网络容量的主要方法，但受带宽及噪声的限制，复用光栅的数量只有数十个。诸如频分复用(FDM)、码分多址（CDM）等技术相对复杂，且复用能力也十分有限。近年来，具有大规模复用潜力的弱光栅成为研究的热点。但采用常规串行熔接构建弱光栅阵列，接点

6、累积损耗大，可靠性差，严重限制了传感阵列的规模。与此同时，弱光栅反射信号强度低，信号分离困难，如何实现对大规模弱光栅阵列快速查询也是业界公认的难题。国内外相关科研团队针对上述问题进行了多年的研究，但进展缓慢。本文针对大规模光纤光栅传感网络中光栅阵列构建及查询的技术难题，研究了光栅阵列复用和制备的相关理论，采用在线刻写技术制备超弱光栅，通过时分/波分混合复用构建大规模光纤光栅阵列；提出了光栅阵列相敏查询方法，研制了大规模光栅阵列相敏查询系统及超弱光栅阵列质量检测系统，解决了大规模光纤光栅传感系统构建的技术瓶颈，并获得初步应用。本文的主要研究内容及结果

7、如下：1、分析了光纤光栅阵列的复用理论，重点研究了全同超弱光栅TDM阵列的特性，提出采用超弱光栅混合复用方法构建大规模传感阵列。研究表明：采用-35dB以下的超弱光栅构建大规模光栅阵列，可有效降低串扰，同波长光栅复用数量可达到1000个；采用TDM+WDM分段混合复用，单根光纤上串行复用光栅的数量有望达到数千个。2、分析了相位掩模法制备光栅的基本理论及关键技术，采用高掺锗光纤、硼锗共掺光纤、普通光纤在线制备弱光栅阵列；分析比较了三种光栅阵列的制备效果，遴选出适用于大规模光纤传感网络要求的最佳制备方案。实验结果表明：在普通光纤上刻写的超弱光栅阵列具有

8、反射率低、传输损耗小、性价比高的特点，更符合大规模组网要求。对超弱光栅阵列进行高低温循环、老化和温度传感实验表明超弱光栅具