基于选择性填充技术的光子晶体光纤温度传感器的研究

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1、学校代码10255学号2131413硕士研究生学位论文论文题目：基于选择性填充技术的光子晶体光纤温度传感器的研究Theinvestigationofphotoniccrystalfibersensorsbasedonselectivelyfillingtechniquefortemperaturemeasurement作者姓名：李昆学科专业：光学工程研究方向：光纤光学及其传感应用指导教师：姜萌完成日期：2016年12月1基于选择性填充技术的光子晶体光纤温度传感器的研究东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独

2、立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，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及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并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：日期：年月日2基于选择性填充技术的光子晶体光纤温度传感器的研究东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密

3、□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日3基于选择性填充技术的光子晶体光纤温度传感器的研究基于选择性填充技术的光子晶体光纤温度传感器的研究摘要光子晶体光纤由芯层和围绕芯层的光子晶体阵列所构成，这种标准的形态学结构使得光能够以一种独特的方式被束缚在光纤芯层。由于这种新技术的发展，我们对于光纤是什么，利用它能做些什么的认识正在发生着变化。诸多科研领域都在开展着基于光子晶体光纤的各项研究。绝大部分类型的光子晶体光纤的光子晶体阵列由空气腔构成，从而成为了极具潜力的功能材料集成平台,可以与生物化学，材料等研究领域开展交叉

4、研究。其中，基于选择性填充技术的光子晶体光纤传感器被广泛应用于温度，应力，电场等因素的传感测量，尤其在温度传感领域取得了非常好的表现。然而，大部分的研究都着重于灵敏度的提升，传感器尺寸的微型化，较大的测量温度范围等方向。对于光子晶体光纤内部波导结构对于整个光子晶体光纤传感器的传感表现有何影响还未有过报导。此外，大部分对于光子晶体光纤传感器的光信号的检测都是基于光谱仪等设备的波长域信号解析，很少有别的光检测手段被用来解调这些光学信号。本文的研究中，制作了三个有着相似结构的光子晶体光纤传感器，传感器结构均为甘油填充一个包层空气孔的液体腔与光子晶体光纤芯层所构成的直接耦合波导结构，区

5、别在于液体腔与芯层的距离有着线性变化。从原理分析到实验分别对三个传感器进行了耦合强度特性4基于选择性填充技术的光子晶体光纤温度传感器的研究和温度响应特性的评估与测量。从而得出，液体腔与芯层之间更小的距离，虽然不会影响整个波导结构中的光的模式指数，但是液体腔对芯层更强的耦合强度会影响整个传感器的灵敏度。反之可得，通过适当地调整这类传感器的结构可以达到控制传感器灵敏度的目的。这个研究将对设计和优化基于选择性液体填充光子晶体光纤传感器有着一定的借鉴作用。针对第二个问题，我们提出了一种新颖的选择性填充双芯光子晶体光纤传感器，利用低相干解调技术对该传感器光学信号进行采集和处理，并进行了温

6、度传感测量来检验传感系统的表现。选择性地将蒸馏水填充进双芯光子晶体光纤约1/3部分的空气腔内从而使得双芯具有不同的有效折射率，继而对传输在不同芯层的光引入了相位延迟，此相位延迟可以被后面解调马赫-曾德干涉仪所补偿，通过监测相位延迟的值可以探测被测物理量的变化。在29-92℃的温度范围内，获得了0.9微米/℃的传感灵敏度。实验结果与理论计算吻合的较好。这种结合了选择性填充光子晶体光纤和低相干解调技术的全光纤传感系统至今还未见报导，其稳定性高，结构简单，成本低等优点对于实际的工程应用有着一定的研究价值，系统自身的结构和原理也为基于低相干解调技术的传感应用领域提供了一种新的思路。关键

7、词：光纤传感器，光子晶体光纤，低相干解调原理，光纤模式特性5基于选择性填充技术的光子晶体光纤温度传感器的研究THEINVESTIGATIONOFPHOTONICCRYSTALFIBERSENSORSBASEDONSELECTIVELYFILLINGTECHNIQUEFORTEMPERATUREMEASUREMENTABSTRACTPhotoniccrystalfibers(PCF)aregenerallyformedbypuresilicawithacoresurroundedbyaperi