带通长周期光纤光栅高温特性实验和优化

《带通长周期光纤光栅高温特性实验和优化》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、带通长周期光纤光栅的高温特性实验与优化重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：侯宇松指导教师：饶云江教授副导师：朱涛教授专业：光学工程学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一三年五月High-temperaturepropertiesandOptimizationoftheBandpassLong-periodFiberGratingsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByYusongHo

2、uSupervisedbyProf.YunjiangRaoProf.TaoZhuSpecialty：OpticalEngineeringCollegeofOpto-ElectronicEngineeringofChongqingUniversityChongqing,ChinaMay2013重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要本文主要研究三种带通长周期光纤光栅（LPFG）的高温特性，包括偏置式带通LPFG、透射式带通LPFG和反射式带通LPFG，并针对其普遍存在的缺点进行了优化。论文首先根据长周期光纤光栅的耦合理论设计制作了三种带通LPFG，随后对三种带通LPFG的高温

3、特性进行了分析。最后论文根据带通LPFG分辨率低、解调复杂、不利于长距离测量等缺点，利用光栅自身优化与环形激光器相结合，对其线宽进行了压缩，实验结果能与FBG兼容。论文的主要内容包括：1．将两个谐振波长匹配的LPFG进行偏置熔接，制作成偏置式带通LPFG。该带通LPFG的传光效率取决于两段光纤包层的重合面积，对于均匀LPFG而言，偏置熔接会导致偶和效率很低，而实验室利用CO2激光器制作的LPFG具有非对称性，包层模能量分布不均，将能量相对集中部分进行熔接，可提高耦合效率。将其作为传感器进行了高温特性实验，结果表明，其灵敏度能够达到0.091nm/℃。2．利用一段纤芯

4、不导光而包层导光的特种空芯光纤，将两个谐振波长匹配的LPFG连接起来，制作出了透射式带通LPFG。空芯光纤的纤芯内径为13μm的空气孔，外径与单模光纤一致，由于空气的折射率小于包层，不满足全反射条件，空芯孔中的基模光会随着传输距离的增加而逐渐消逝，被光栅耦合到包层中的光能够继续传输，遇到另一个匹配光栅后耦合回纤芯，从而实现带通功能。我们对其高温特性进行了研究，其灵敏度与单个LPFG类似，可以实现高温的监测。3．在长周期光纤光栅的尾端熔接一段空芯光纤，熔接端面用特殊的熔接方式进行处理，并将空芯光纤的尾端切平，实现反射式带通特性。其中消除纤芯基模在熔接面处的反射是关键，

5、在优化熔接方法后，反射回来的包层模能量就不会被其他噪声淹没。我们对其进行了高温特性实验，由于受到实验仪器的限制，实验室的条件只能测到600℃。从实验结果可以看出，其灵敏度为0.095nm/℃。4.针对带通长周期光纤光栅存在的谱线太宽、解调复杂、不利于长距离测量等问题，提出了优化方法：一方面增加长周期光纤光栅的周期数，另一方面将带通长周期光纤光栅与环形激光器相结合，得到了类似FBG反射谱线的窄带宽长周期光纤光栅信号，并可利用现有的FBG解调技术解调该信号。这样不仅解决了长周期光纤光栅谱线较宽的问题，同时为信号的解调提供了解决办法，对于反射式带通长周期光纤光栅，此方法还

6、能解决长距离测量的问题。关键词：光纤传感，带通长周期光栅，光纤环形激光器，高温，带通滤波器I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThehightemperaturecharacteristicsofthreekindsoflong-periodfibergratings(LPFGs)arestudiedinthisthesis,includinglateraloffsetinducedbandpassLPFG,transmissionLPFGandreflectivebandpassLPFG.Andthedisadvantagesofthecommonhig

7、htemperaturesensorsarealsodiscussedandovercomedinthispaper.ThemodecouplingtheoryofLPFGisfirstlyanalyzedinthisthesis,followedbythefabricationofthreekindsofLPFGswithbandpasscharacteristicsandtheanalysisofthehightemperaturecharacteristics.AsolutionforfurtherimprovingthebandpassLPFGsbyin