微结构光纤光栅及光纤马赫—曾德干涉仪的传感特性研究

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1、分类号TP212学校代码UDC535密级公开($刎火fSHENZHENUNIVERSITY硕士学位论文微结构光纤光栅及光纤马赫-曾德干涉仪的传感特性研究申请人姓名黄权东申请人学号2120160111专业名称光学导师姓名及职称于永芹副教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑氧卢明：所呈交的学位论文微结构光纤光栅及光纤H赫-曾德十涉仪的传感特性研究是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文屮己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品或成果。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。本声明的法律结果由本人承担。论文

2、作者签名：養如耒日期：LOlf年夕月17「丨学位论文使用授权说明(必须装ij在印刷本首贞)本学位论文作者完全了解深圳人学关T•收集、保存、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权中.位属深圳大学。学校有权保留学位论文并向国家fe管部门或其他机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅。本人授权深圳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，对以采W影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(涉密学位论文在解密后适用本授权书）论文作者签名：导师签名口期：孓o丨文年ynnu

3、」期：�oir年r月p曰分类号TP212学校代码10590UDC535密级公

4、开深圳大学硕士学位论文微结构光纤光栅及光纤马赫-曾德干涉仪的传感特性研究学位申请人姓名黄权东专业名称光学学院（系、所）电子科学与技术学院指导教师姓名于永芹副教授微结构光纤光栅及光纤马赫-曾德干涉仪的传感特性研究摘要微结构光纤(MicrostructuredFiber,MSF)，又称光子晶体光纤(PhotonicCrystalFiber,PCF)或多孔光纤(HolyFiber,HF)，具有灵活的结构设计和独特的波导特性，是与常规光纤有着显著区别的新型特种光纤，在光纤通信、光纤传感及光纤激光器等领域引起研究者的广泛关注，成为光纤技术研究的热点。把微结构光纤、光纤光栅和干涉技术相结合，从而提高光纤传

5、感器的性能及丰富光纤传感器的种类。长周期光纤光栅是一种重要的模式耦合传感器，光栅将纤芯能量耦合到包层模式中，满足共振条件从而产生共振损耗峰，把长周期光纤光栅刻写在微结构光纤中，可提高光纤传感器的分辨率及传感性能。本文研究高频二氧化碳激光器在全固态光子带隙光纤上刻写长周期光纤光栅的传感特性；利用模式耦合理论(OpticGrating)模拟长周期光纤光栅的周期长度与共振峰的关系；用800nm飞秒激光在单模光纤、柚子型微结构光纤上刻写长周期光纤光栅，并分析了其应变和温度传感特性；另外对这种柚子型微结构光纤的两端错位熔接单模光纤构造马赫-曾德干涉仪，并对其传感特性进行研究。本论文的主要内容如下：(1)

6、概述光纤传感器的概念及分类，详细介绍了利用有限元分析(FEM)软件ComsolMultiphysics对微结构光纤进行理论建模分析及求解模式的步骤。(2)研究一种由高频二氧化碳脉冲激光器在全固态光子带隙光纤上刻写长周期光纤光栅的传感特性。理论模拟及实验验证这种光纤的模场分布及带隙特征。光栅的共振波长为1335.76nm，插入损耗(Insertloss)为~5.5dB，共振峰的调制深度为~15dB，3dB带宽宽度为2.6nm。实验研究这种光栅对应变、环境折射率、温度及扭曲的响应特性。(3)研究飞秒激光脉冲刻写长周期光纤光栅的特性，利用模式耦合理论(OpticGrating)模拟长周期光纤光栅，分

7、析光栅周期与共振峰的关系，并利用800nm飞秒激光在单模光纤上刻写长周期光纤光栅，理论模拟的结果与实验结果一致。在柚子型微结构光纤上刻写长周期光纤光栅，周期为250μm时，得到光栅第三阶高阶模的共振波长为1449.4nm;插入损耗为1.397dB；条纹对比度为11.36dB；光栅的3dB带宽为3.87nm。当刻写周期为230μm时，得到光栅共振波长为1325.8nm，与在单模光纤上刻写LPFG的规律一致。实验对周期为250μm的长周期光栅进行传感实验研究，得到应变灵敏度为-1.88pm/με，温度灵敏度为0.267pm/℃。该光栅具有较低的温度响应，因此可以降低I微结构光纤光栅及光纤马赫-曾德

8、干涉仪的传感特性研究应变传感中温度引起的交叉敏感。(4)研究由柚子型微结构光纤两端错位熔接单模光纤构造光纤马赫-曾德干涉仪的一维微弯曲传感特性。利用FEM模拟这种光纤的模场分布和色散特性，及实验研究不同长度的微结构光纤构造的马赫-曾德干涉仪的光谱特性，理论与实验验证这种干涉仪由LP01和LP11模式干涉所产生。实验观察长度为3.4cm的马赫-曾德干涉仪对微弯曲、温度与环境折射率的传感特性，得到15