用于多参量测量的复合结构多模光纤光栅传感器特性研究

《用于多参量测量的复合结构多模光纤光栅传感器特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学博士学位论文用于多参量测量的复合结构多模光纤光栅传感器特性研究博士研究生：宋大伟指导教师：孙伟民教授学位级别：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4月论文答辩日期：2016年5月26日学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngResearchontheCharacteristicsofCompositeMultimodeFiberBraggGrating

2、basedSensorusedforMeasuringMultiParametersCandidate:SongDaweiSupervisor:Prof.SunWeiminAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:PreciseInstrumentandMachineryDateofSubmission:Apr,2016DateofOralExamination:May,2016University:HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据

3、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

4、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万方数据用于多参量测量的复合结构多模光纤光栅传感器特性研究摘要光纤传感技

5、术是以光为载体、光纤为介质并能感知外部待测信号的一种传感技术。随着密集波分复用、光纤放大器及光时分复用技术的快速发展，光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员，因其具有体积小、免疫电磁干扰、易复用等优势而被广泛的应用于各行各业。光纤光栅是最常用的光纤传感器件之一，基于单模光纤光栅的传感器已经可以测量温度、应变、压力、加速度、振动等物理量。相对于单模光纤光栅来说，多模光纤光栅中存在更多的模式，具有更丰富的反射峰信息和灵活多变的参数，有着广阔的应用前景。用单模光纤激励多模光纤，控制多模光纤中被激励起的模式，使多模光纤光栅中被激励起的模式的反射

6、峰相对分开，对多模光纤光栅的实际应用有着重大的实际意义。本课题以多模光纤光栅为研究对象，详细研究了多模光纤光栅的特性，为多模光纤光栅传感应用做了大量的前期研究分析工作。首先，论文介绍了光纤的模式理论和光纤光栅的耦合模理论。基于光纤的模式理论，详细分析了阶跃多模光纤和梯度多模光纤中可能存在的模式，求解出了各个模式的等效折射率。在各个模式均匀激励的前提下，根据耦合模理论仿真出了单侧曝光条件下的阶跃多模光纤光栅和梯度多模光纤光栅的反射谱和透射谱。与阶跃多模光纤光栅相比，梯度多模光纤由于各个模式之间的谐振波长间隔较大，梯度多模光栅的反射谱中各

7、个谐振峰相对独立。第二，论文研究了单模光纤激励下的阶跃多模光纤的模式特性。当单模光纤与阶跃多模光纤正轴熔接时，阶跃多模光纤中只有LP01~LP06模式可以被激励起来，基于此分析了单侧曝光下多模光纤中各个模式之间的耦合系数，给出了单模光纤激励下的多模光纤光栅的耦合模方程，得到了单模光纤激励下的多模光纤光栅的反射谱和透射谱。在此基础上，设计并制作了正轴熔接的单模-多模光栅-单模结构，分析了正轴熔接时的阶跃型单模-多模光栅-单模结构和梯度型单模-多模光栅-单模结构的温度传感特性和应力传感特性。第三，论文研究了偏轴熔接的单模-多模光栅-单模结

8、构的传感特性。与正轴熔接相比，偏轴熔接的单模光纤能激励起多模光纤中的高阶模式，使单模-多模光栅-单模结构的反射谱和透射谱发生变化。在此基础上，研究了偏轴熔接时的阶跃型单模-多模光栅-单模结构和梯度型单模-多模光栅-单模结