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1、DBR光纤激光器柔性封装的传感特性分析SensingCharacteristicsAnalysisofFlexibleEncapsulatedDBRFiberLaser学科专业：电磁场与微波技术研究生：李本萍指导教师：吕辰刚副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十一月摘要随着人们对传感技术集成化、小型化、网络化等发展方向的要求，光纤传感技术以其体积小、重量轻、抗电磁干扰、复用能力强、长期稳定性好等优点而得到了广泛的关注。光纤激光器作为一种先进的光有源器件，不仅具有传统无源光纤器件的特性，还具有线宽窄、信噪比高以及可以实现高灵敏度传感的特点。但是由于光纤激光器本身纤细易断、存活率低，
2、从而限制了其在实际中的应用。柔性封装作为目前一种比较常见的封装技术，不仅具有保护和敏化的作用，同时还可以适用于生物机体，曲面结构等特殊环境中。基于以上背景，本文提出了用聚合物柔性封装DBR光纤激光器，并从建模仿真和实验两个方面研究了其封装后的传感特性。本文首先系统回顾了光纤激光器和光纤封装技术的发展历程及研究现状，接着详细介绍了光纤光栅传感技术，DBR光纤激光器的结构，写制方法，以及对外界物理量的检测原理，然后总结了目前常用的光纤封装技术，以及几种已经实现的聚合物封装光纤光栅传感器。最后分别从仿真和实验两个角度分析了聚合物封装对光纤激光器传感特性的影响。在建模仿真方面，结合封装DBR
3、光纤激光器对水声信号传感的理论背景，利用COMSOLMultiphysics建立了声-固耦合模型，得到了其相对于裸纤的灵敏度增益，大约为110dB左右，并且具有谐振现象，同时还分析了封装半径，封装形状以及阻尼因子对灵敏度的影响。在实验方面，我们用环氧树脂封装了DBR光纤激光器，并用偏振外差法研究了封装前后其对超声及温度的传感特性。实验结果表明，对于超声检测，可以使DBR光纤激光器输出频谱中的边带幅度提高约5dB左右，并且是不依赖于超声信号的频率和驱动电压的；对于温度检测，当温度在25℃至70℃之间变化时，封装后的灵敏度为0.31095MHz/℃，相对于裸栅提高了4倍左右。关键词：DB
4、R光纤激光器，外差法，聚合物封装，声-固耦合，超声检测，温度检测IABSTRACTWiththerequirementsofintegration,miniaturizationandnetworkingofsensingtechnology,opticalfibersensingtechnologyhasobtainedwidelyattentionforitssmallsize,lightweight,immunitytoelectromagneticinterference,multiplexingability,goodlong-termstability,etc.Asana
5、dvancedopticalactivedevice,fiberlasernotonlyhasthefeaturesoftraditionalpassivefibercomponents,butalsohasthecharacteristicsofnarrowlinewidth,highsignaltonoiseratio,andbeingabletorealizedhighsensitivitysensing.However,sinceitiseasilybroken,whichlimitsitsapplicationinpractice.Flexibleencapsulation
6、cannotonlyprotectandsensitizefiberlaser,butalsobeappliedtospecialenvironment.Basedonthisbackground,thispaperproposesapolymer-coateddistributedBraggreflector(DBR)fiberlaser,anddiscussesitssensingcharacteristicsfromtheviewofsimulationandexperiment.Firstly,thispaperreviewedthehistoryoffiberlaseran
7、dencapsulatingtechnology.Secondly,thispaperintroducedFBGsensingtechnology,thestructureandfabricationofDBRfiberlaser,andsensingprinciples.Thenwesummarizedseveralcommonlyusedencapsulatingtechnologiesandpolymer-coatedFBGsensors.Finel
