design of large mode area optical fiber curvature sensor论文

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1、分类号：密级：UDC：编号：理学硕士学位论文DesignofLargeModeAreaOpticalFiberCurvatureSensor硕士研究生：SouaciFarida指导教师：樊亚仙教授学科、专业：光学论文主审人：陶智勇教授哈尔滨工程大学2014年6月万方数据分类号：密级：UDC：编号：理学硕士学位论文DesignofLargeModeAreaOpticalFiberCurvatureSensor硕士研究生：SouaciFarida指导教师：樊亚仙教授学位级别：理学硕士学科、专业：光学所在单位：哈尔滨工程大学论文提交日期：2014年04月论文答辩日期：2014年06月学位授予

2、单位：哈尔滨工程大学万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.ScienceDesignofLargeModeAreaOpticalFiberCurvatureSensorCandidate:SouaciFaridaSupervisor:Prof.Ya-xianFanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpecialty:OpticsDateofSubmission:Apr.2014DateofOralExamination:Jun.2014University:Harbin

3、EngineeringUniversity万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并

4、向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据DesignofLargeModeAreaOpticalFiberCurvatureSensor摘要光纤传感器因具有灵敏度高、

5、安全性好、抗电磁干扰能力强、高绝缘、耐腐蚀、易集成复用等优点，而在物理、化学和生物等领域得到广泛的应用。光纤传感器正朝着高灵敏度、高精度、小巧和智能化的方向发展。本论文提出了一种基于大模场面积光纤的弯曲传感器，可实现高灵敏度、可区分弯曲方向的直接测量。论文主要包括以下内容：首先提出了一种同轴阶跃折射率超大模场面积光纤的设计。在大芯的光纤包层中引入一高折射率环，通过调整各模式在纤芯中的传输损耗，实现基模与高阶模横向场分布的控制。使用光束传播法进行数值模拟，探讨光纤结构参数如纤芯的半径、折射率、环的宽度和位置、相对折射率等对光束传播特性的影响，实现了超大模场面积光纤的优化2设计。同轴光纤纤

6、芯直径达42m，有效模场面积大于1000m。将上述超大模场面积光纤用于高灵敏度弯曲传感。为了提高传感器的灵敏度，我们通过在包层中刻蚀周期性正方形凹槽实现弯曲补偿。我们研究了凹槽深度、个数、宽度等对传感器特性的影响。研究发现大模场面积光纤中，基模光斑在纤芯中的位置随光纤曲率半径的变化而明显线性移动，可实现弯曲的直观测量。该传感器不仅可以实现弯曲曲率大小的测量，并且可以区分正弯曲和负弯曲的方向。研究结果表明周期刻槽不仅可有效提高传感器的灵敏度，而且其测量的动态范围也得到了很大拓展。该传感器的灵敏-1-1-1度可达405m/mm,弯曲动态测量范围可达-0.02mm--+0.02mm.关

7、键词：光纤传感器；弯曲传感；大模场面积光纤；高灵敏度万方数据HarbinEngineeringUniversityMasterDegreeDissertationABSTRACTOpticalfibersensorsarewidelyusedinthemeasurementofvariousphysical,chemicalandbiomedicalparameters,becauseoftheirsuperioradvantagesovert