基于拉锥方法长周期光纤光栅制备及应用的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）基于拉锥方法的长周期光纤光栅制备及应用研究硕士研究生：李健一指导教师：耿涛副教授学位级别：工程硕士工程领域：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2013年5月论文答辩日期：2013年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）BasedontheTaperMethodPreparationandApplicationResearchofLongPeriodF

2、iberGratingCandidate:LiJianyiSupervisor:Prof.GengTaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:OpticalEngineeringDateofSubmission:May.2013DateofOralExamination:Jun.2013University:HarbinEngineeringUniversity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

3、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

4、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：年月日年月日基于拉锥方法的长周期光纤光栅制备及应用研究摘要长周期光纤光栅的周期相对较长，满足相位匹配条件的是同向传输的纤芯模与包层模，这一特点导致了长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感。本文采用电加热式熔融拉锥法实现长周期光纤光栅的制备，此方法的优点是不需要掺杂高敏性材料、载氢等特殊工艺，制

5、作简单、热稳定性好。电加热式熔融拉锥法制备的光纤光栅为结构调制型光纤光栅，这种结构的光纤光栅在高温下是稳定的，而且随着温度的升高，其灵敏度会更大，特别适合于制作高温传感器。本文开展了基于拉锥方法的长周期光纤光栅制备及其传感特性研究，主要研究工作如下：1、利用改进的耦合模理论-局域耦合模理论，分析了结构调制型长周期光纤光栅的形成机理与耦合特性，对其模式耦合特性进行了仿真，并给出了纤芯基模与一阶各次包层模的耦合情况，得出了拉锥区域的有效折射率的变化。2、利用ANSYS建立了光纤熔融拉锥粘弹有限元分析模型，分析了高温下光纤应力、应变特性。距离加热元件中心越近，温场与应力越均匀，远离

6、加热元件中心，沿着光纤径向方向，光纤应力分布不均匀，与表面的应力差逐渐增加，尤其是在锥腰处光纤的应力梯度最大。3、通过实验验证了电加热式熔融拉锥法制备长周期光纤光栅的可行性与稳定性，分析了不同拉锥次数，拉锥深度，拉锥功率及拉锥速度等工艺参数对锥区的影响，并对参数进行了优化设计，制备出谐振幅值为20-30dB，谐振波长可控的长周期光纤光栅。4、开展了长周期光纤光栅温度传感、轴向应力及其弯曲特性的实验研究。基于拉锥方法在标准单模光纤上写入的LPFG，其谐振波长随着温度的升高而减小，灵敏度约为63pm/℃。LPFG的谐振波长与轴向应变的呈线性关系，随着轴向应变的增加谐振波长向短波方

7、向漂移，灵敏度约为-1.40pm/με。弯曲特性的灵敏度为10.52nm•m。关键词：电加热；熔融拉锥；长周期光纤光栅；局域耦合模理论；ANSYS热分析哈尔滨工程大学硕士学位论文ABSTRACTTheperiodofLongperiodfibergratingisrelativelylong.Thephasematchingconditionmeetswiththecoremodeandcladdingmodesofthesamedirectiontotransmission,whichfeatures