光纤布拉格光栅功率解调传感器及多微孔塑料光纤传感器的研究

《光纤布拉格光栅功率解调传感器及多微孔塑料光纤传感器的研究》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：O43单位代码：10183研究生学号：2013322061密级：公开吉林大学硕士学位论文光纤布拉格光栅功率解调传感器及多微孔塑料光纤传感器的研究StudyofFiberBraggGratingPowerDemodulationSensorandMulti-holePlasticOpticalFiberSensor作者姓名：汤国玉专业：光学研究方向：光纤传感指导教师：徐晓峰教授培养单位：物理学院2016年5月光纤布拉格光栅功率解调传感器及多微孔塑料光纤传感器的研究StudyofFiberBraggGrati

2、ngPowerDemodulationSensorandMulti-holePlasticOpticalFiberSensor作者姓名：汤国玉专业名称：光学指导教师：徐晓峰教授学位类别：理学硕士答辩日期：2016年5月26日未经本论文作者的书面授权，巧法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律贵任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本

3、人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中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。学位论文作者签名：曰期庙年月２－曰］摘要光纤布拉格光栅功率解调传感器及多微孔塑料光纤传感器的研究光纤布拉格光栅（FBG）具有反射峰细锐，布拉格波长对外界因素敏感，体积小等诸多优点。因此，基于FBG的光纤传感器得到

4、了广泛研究。此类传感器的测量机制主要是波长解调，即利用外界因素调制布拉格波长。本论文首次提出了FBG的功率解调机制，并利用此机制成功测量了温度、倾斜、应力、位移等物理量。塑料光纤（POF）被用于传感领域的时间晚于FBG。但POF具有许多FBG不具备的优点：纤芯和数值孔径大，机械强度高，易于加工，柔软，连接简单等。飞秒激光加工能够有效避免热效应，这一优点在对热敏感的POF加工上尤为重要。本论文利用飞秒激光在POF上打出微孔，对多微孔POF在应力测量方面的理论和实验进行了研究。首先，本文介绍了光纤传感器的分类，应用和

5、研究概况，并从结构和测量原理两方面介绍了光纤布拉格光栅和塑料光纤。其次，本文介绍了光纤布拉格光栅功率解调传感器的理论和实验研究。本文利用一对布拉格波长相同的FBG，其中一个FBG的反射谱入射到另一个FBG上，在后者的透射谱中，在原布拉格波长两侧将会出现两个峰，称之为“左峰”和“右峰”。当其中一个FBG的布拉格波长受外界因素影响发生移动时，“右峰”和“左峰”的功率差值将发生变化。这就是功率解调的原理。利用此原理本文对温度、倾斜、应力、位移进行了测量。在布拉格波长1525nm附近实现了对温度的分段测量，测温范围可达2

6、5°C–135°C，最高测温精度为1.35±0.02dBm/°C。而在同等条件下，布拉格波长的温度敏感性只有9.12×10−3nm/°C。利用两个光栅对实现了对倾斜角度的测量，可辨别倾斜方向，精度高达403dBm/°，分辨率为2.481×10−5°，即量程的0.08%。利用反射峰反射率不同的光栅对实现了对应力的测量，反射率大的光栅对的测力精度为(1.16±0.06)×103dBN−1，测量范围是0-4.40×10−3N。进行位移测量时，采用两个FBG串联的方式，在后者FBG的透射谱中就只有一个峰了，通过监测此峰功

7、率便可实现位移测量，精度可达(3.80±0.11)×10-2dBm/μm，量程可达540μm。此外我们还发现，功率解调原理的测量范围正比于FBG的反射峰线宽，测量精度正比于反射峰边沿坡度。I最后，本文利用多微孔POF传感器进行了应力测量。POF的微孔是由800nm飞秒激光加工的，微孔的直径大约为150μm。本文研究了微孔数量和孔间距对于插入损耗的影响。结果显示：孔间距不变时孔数量越多插入损耗越大；孔数量不变时，最大插入损耗出现在间距1.25mm处。孔数13，间距1.25mm的传感器的量程为0N-65N，测力精度0

8、.24dB/N，具有高线性度和良好的重复性。本文还利用POF实现了对硝酸钾溶液物理性质的监测。在硝酸钾升温溶解过程中可同时测量溶解度和溶液温度，且测量精度较高，线性度较好。关键词：光纤布拉格光栅，塑料光纤，传感器，功率解调，飞秒激光IIAbstractStudyofFiberBraggGratingPowerDemodulationSensorandMulti-holeP