基于光纤马赫—增德尔干涉仪的滤波器及其传感特性研究

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1、学校代码：密级：公开博士学位论文论文题目基于光纤马赫增德尔干涉仪的滤波器及其传感特性研究学科专业通信；信息系统作者姓名刘志波指导教师简水生中科院院士二零一五年六月博士学位论文基于光纤马赫增德尔干涉仪的滤波器及其传感特性研究作者：刘志波导师：简水生中科院院士北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、縮印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有

2、关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）签字日期十年月日学校代码：密级：公开北京交通大学博士学位论文基于光纤马赫增德尔干涉仪的滤波器及其传感特性作者姓名：刘志波学号：导师姓名：简水生职称中科院院士学位类别：工学学位级别：博士学科专业通信与信息系统研究方向：光纤通信与光纤传感北京交通大学年月致谢首先感谢我的导师简水生院士，我在博士期间的研究工作是在导师的悉心指导和不断勉励下完成的。从博士论文最初的研究方向、论文选题

3、、期间的理论探讨和实验安排、到最后论文定稿，都凝聚着恩师对我的教诲和关怀。恩师无论在科学前沿的把握上还是具体问题的分析和解决上都让我受益匪浅，同时恩师深厚的基础理论功底让我认识到了没有坚实的基础就不会由万丈髙楼平地起的一刻。在科研上，恩师深厚的学术造诣，严谨且勇于创新、勇于否定自我的治学态度，利用批判性思维思考问题的方法，百折不挠的科学精神时时刻刻激励着我在科研上持续努力，不断进取。在做人上，恩师正直无私的品格，忧国忧民的赤子情怀以及对光纤通信及光纤传感事业的献身精神深深的感染着我，恩师时时刻刻给周围带来正能量让

4、我知晓做人该往何处去。在生活中，恩师也给予了我无微不至的关心。在此，谨向我的导师简水生院士致以最诚挚的感谢。感谢光波所所有帮助过我、和我一起学习和工作过的老师和同学们。特别要感谢同组的谭中伟教授和刘艳副教授在我刚进入光纤传感课题组时对我的帮助，以及在整个博士阶段对我的关心、照顾和引导、帮助。特别感谢延凤平教授，延凤平教授踏实的工作态度和工作风格会时刻激励我踏实工作。非常感谢宁提纲教授、裴丽教授、任国斌教授、李唐军教授、王目光教授、简伟高工、王均宏教授、张建勇副教授、魏淮副教授、卫延副教授、李晶讲师在科研工作中的无

5、私帮助和支持。非常感谢曾经在一个科研小组工作过的李阳博士、马林博士、尹彬博士、柏云龙博士，论文中许多理论和实验曾经得到过你们的帮助。感谢郑晶晶师姐、张晨芳师兄、康泽鑫师兄、孙将师兄、郑斯文师姐，齐艳辉博士、彭万敬博士、刘硕博士、刘超博士给予的无私帮助。深深感谢我的父母，正是你们的理解和支持使我安心完成学业，你们是我生命中最重要的部分，望未来能报答恩情于万一。感谢我的爷爷、奶奶，你们的朴实的教育永世难忘。感谢我的姐姐在我博士期间对我的关心。非常感谢我的女友王晓婷女士在我博士生活中对我的照顾以及给我的建议。你们让我有

6、勇气面对生活中的任何困难，愿你们身体健康、笑口常开。回首硕士一年及博士四年的生活中有太多值得好好感激的人，感激生命中出现的所有事、所有人。再次感谢恩师简水生院士对我的关怀和教育。最后，感谢所有关心和帮助过我的老师同学们以及本文的评阅老师，谢谢你们！摘要摘要本论文的主要内容为基于多模光纤中模式干涉的全光纤马赫增德尔对外界环境的响应特性，着重研究了单模多模单模（及多模单模多模（光纤结构的传输谱及其轴向应力、温度、折射率传感特性，在此基础之上，研制了基于普通多模光纤和无芯多模光纤制作结构的两种光纤激光传感系统，实验发现

7、，其传感特性远好于普通的模式干涉的全光纤传感器。此外，论文还研究了基于双通道的光纤传感系统。本论文的主要研究成果与创新点如下：首次建立了光纤结构输出单模光纤中包层模激发系数对多模光纤长度及波长的依赖关系，理论推导了输出单模光纤中包层模式激发系数的数学表达式。对多模光纤而言，计算结果显示其长度为时，结构输出单模光纤的能量主要集中于纤芯模式和两个相邻的包层模式中，从而结构可以在中间单模光纤长度较短的条件下输出相对平整的梳状谱。提出并搭建了一种基于结构的环形腔光纤激光传感系统该系统利用结构传输谱的对外界敏感的特性及其带

8、通滤波特性，实现了单波长激光输出，分别建立了不同激光传感系统输出中心波长与轴向应力、温度、及折射率的对应关系。与普通的基于光纤结构传感系统相比，该方案极大的提高了系统输出光信噪比（及输出光强度（、并减小了输出谱的带宽（因而可以用于长距离传感中。提出并研制了基于保偏多模保偏光纤结构扭转传感器，建立了结构扭转角度与输出光谱参数之间的函数关系。与保偏单模保偏光纤结构传感相比，该