模式耦合理论在光纤传感器中的应用研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文模式耦合理论在光纤传感器中的应用研究博士研究生：孙波指导教师：李绪友教授学科、专业：精密仪器及机械哈尔滨工程大学2016年4月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文模式耦合理论在光纤传感器中的应用研究博士研究生：孙波指导教师：李绪友教授学位级别：工学博士学科、专业：精密仪器及机械所在单位：自动化学院论文提交日期：2016年3月论文答辩日期：2016年4月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADisse

2、rtationfortheDegreeofD.EngApplicationResearchofModeCouplingTheoryofOpticalFiberSensorsCandidate:SunBoSupervisor:Prof.LiXuyouAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:PrecisionInstrumentandMachineryDateofSubmission:March,2016DateofOralExamination:Apr

3、il,2016University:HarbinEngineeringUniversity万方数据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

4、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

5、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模式耦合理论在光纤传感器中的应用研究摘要模式耦合理论已经被广泛应用在各类光纤传感器中，并且在光纤传感器中是影响光纤传感器性能的一项非常重要的因素。它既能被光纤传感器用来提高传感器的性能，同时它也在一定程度上制约着传感器的性能。因而如何合理的利用模式耦合理论就显的非常重要。现有的光纤传感器绝大多数是基于光的频移，因为频移能够被精确地检测出来，因此能够有效的提高光纤传感器的性能。但是这类光纤传感器极大地提高了光纤传感器的制造成本，从而降低了其实际的使用

6、价值。而现有的基于功率的传感器往往性能较低而无法满足高性能的需求。因此，我们需要进一步深入研究模式耦合理论，在提高性能的同时有效降低光纤传感器的成本，从而提高其实际的使用价值。同样，在基于环形光波导的光纤传感器中，模式耦合理论也直接影响着光纤传感器的性能，值得我们进一步深入的研究。因此我们迫切地需要利用模式耦合理论来设计出一系列新的光纤传感器，为进一步提高光纤传感器的实用性和性能奠定了一定的基础。随着光纤制造能力的提高，和各种新式光纤结构的不断提出，为解决光纤传感器的性能和成本等问题方面提供了全新的思想。新型光纤结构

7、的研究和发展给光纤传感器的发展提供了广阔的前景。论文从光纤的模式耦合理论的研究课题体系出发，以提高光纤传感器的性能参数为研究目标，以降低光纤传感器的制造成本为切入点，针对光纤的模式耦合理论进行了深入研究，分析了各类光纤传感器中模式耦合理论对其性能的影响，从而设计了一系列新型的光纤传感器的结构，用来提高各类光纤传感器的性能参数，并且在一定程度上降低了光纤传感器的成本，为进一步提高光纤传感器的实用性奠定了基础。主要包括以下几个方面：（1）基于多芯光纤的模式耦合理论，提出了九芯掺锗的全固态波长选择耦合器，这种九芯掺锗的全固

8、态波长选择耦合器正是利用了多纤芯耦合长度短的优势，来实现耦合器的小型化。分析了九芯掺锗全固态波长选择耦合器的传输模型和性能优势，并且分析了结构变化对于这种耦合器性能的影响，最后对九芯掺锗全固态波长选择器的波长选择进行了深入的仿真分析。（2）基于弯曲的多芯光纤的模式耦合理论，提出了一种可调的波长选择耦合器。论文详细研究了光纤在弯曲条件下，双芯光子