基于长周期光纤光栅偏振特性的环境折射率传感研究

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1、＾ＴＰ１２论文编号－中图分类号２１００６０１６０２８６？＂＂学科分类号５１０．５０２０密级＊養乂沸ｖｆ乂净ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕’±学位论义■ｗｉｉ３ｉ＾；ａ３ａ脚ｊＥｇｇｙ基于长周期光纤光栅偏振特性的环境折射率传感研究ＳｅｎｓｉｎｏｆＳｕｒｒｏｕｎｄｉｎＲｅｆｒａｃｔｉｖｅｇｇ一；ＩｎｄｅｘＢａｓｅｄｏｎＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；；ｓ餐＾己．３５１１１１Ｍ＇＇＇一－■？．１．？信息与通信工程＇１－－－Ｉ

2、口ｉ因＾ａｉＪ信息与通信工程ＩｔｇｊｆｊｊｆｅＨ张祝、ＩＨ＾ｆＵｊｉＪｊ白ＷＭ副教４受－天津理工大学研究生院二〇－六年Ｈ月分类号：中图分类号TP212学科分类号510.5020密级：天津理工大学研究生学位论文基于长周期光纤光栅偏振特性的环境折射率传感研究（申请硕士学位）学科专业：信息与通信工程研究方向：光纤通信器件与技术作者姓名：张玥指导教师：白育堃副教授2016年3月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeSensingofSurr

3、oundingRefractiveIndexBasedonPolarizationCharacteristicsofLong-PeriodFiberGratingsByzhangyueSupervisorBaiYukunMarch2016化准Ｉ牲旁巧本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研巧成果，除了文中特别加［＾标注和致谢么处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说

4、明并表示了谢意。学侄冷丈作者签义；签李日期：年月：Ｔ曰形＾非学化冷丈胶权使巧裝牧书本学位论文作者完全了解义津理工大举有关保留、使用学位论文的规定。特授权义津理工大学可＾＾＾将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学侄备文作者签义；导坤签＾■签李日期：化年？月ｉ日签李口期；刮年？月日＾摘要本文首先根据光纤三层介质模型和长周期光纤光栅（LPFG）全矢量

5、耦合模方程的理论分析，针对纤芯存在光致双折射的LPFG，利用其输出光的偏振态的斯托克斯参数与环境折射率（SRI）的关系，提出两种SRI测量的新方法。一种是基于LPFG偏振特性的单一波长SRI传感测量方法，另一种是基于LPFG偏振特性的多波长SRI测量方法。本文的主要研究内容包括：（1）传统的基于LPFG的SRI传感器需要使用宽带光源，用来追踪随着SRI的改变而发生的谐振波长的偏移。为了增加一种使用可调谐激光光源进行传感测量的方法，并且使得测量曲线获得较大的线性范围，本文针对纤芯存在光致双折射的LPFG，提出一种测量SRI的方法。利用LPFG全矢量耦合模方

6、程，分析了输出光偏振态的斯托克斯参数与SRI的关系。从入射光波参数和LPFG参数两个方面分析此测量方法，分析表明：波长范围为1690nm-1710nm的任意完全偏振光波入射包层半径为20.75μm的薄包层LPFG，其纤芯模式与一阶三次包层模式发生耦合，在SRI1到1.46范围内呈现良好的线性传感特性，其探测灵敏度为0.02588/RIU（RIU为单位折射率）。本研究结果可进一步应用于SRI1到1.33范围内的湿度和气体折射率测量。（2）对于现有的利用可调谐激光器来实现传感测量的方法以及传统的LPFG传感器测量方法，其SRI的线性测量范围通常是1.32到1

7、.46，线性范围小，为了使测量曲线获得较大的线性范围，本文利用全矢量耦合模方程提出并分析了一种基于纤芯存在光致双折射的LPFG的单波长SRI传感测量方法。波长约为LPFG谐振波长的完全偏振光作为入射光波，通过分析不同SRI下输出光的偏振态在邦加球上与参考点(对应于SRI=1)间球面距离的变化可以测量SRI。分析表明在SRI1到1.30范围内，包层半径为20.75μm的LPFG传感器具有良好的线性特性和较高的灵敏度0.356/RIU，其有别于已有的LPFG传感器，可应用于湿度和气体的折射率测量，为进一步利用纤芯存在光致双折射的LPFG偏振特性进行传感测量提

8、供了理论基础。关键词：偏振双折射薄包层光纤长周期光纤光栅传感AbstractBa