基于多模干涉效应的sms型光纤结构传感技术研究

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1、分类号TN929.11密级公开UDC621.3编号10299Z1303077专业硕士学位论文基于多模干涉效应的SMS型光纤结构传感技术研究InvestigationonSMSOpticalFiberSensingBasedonInterferenceEffectinMultimodeOpticalFiber指导教师陈明阳教授作者姓名钱春霖申请学位级别工程硕士专业名称光学工程论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期答辩委员会主席______________评阅人_________

2、___2015年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，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，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交

3、学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日江苏大学专业硕士学位论文摘要由于光纤传感器其本身重量轻、体积小、插入损耗小

4、、抗电磁干扰、耐腐蚀、高灵敏度等诸多非常适合实际应用需求的优良特性，使得其在例如国防军事、商业应用等诸多重大领域起到了非凡的功用。基于多模干涉效应和自成像原理是光纤传感器常用的一种传感机制。基于单模—多模—单模（Single-mode-multimode-Single-mode：SMS）光纤结构的传感器由于其结构简单、灵活而日渐成为科研工作者的研究的热点。本文主要基于SMS光纤结构的传感理论，设计出SMS型折射率传感器和应力传感器。本文主要内容包括：（1）首先介绍了光纤传感器的基本传感原理和分类以及其在各领

5、域的应用成果，其次简要概述了多模干涉型传感器的研究现状，介绍了基于SMS光纤结构的传感器一些成果。（2）介绍了阶跃多模光纤的模式理论、模式耦合理论和基于SMS光纤结构的传感机理。（3）提出了一种基于单模-多模-单模（SMS）光纤结构的折射率传感方案。发现采用波谷检测方法可以有效地提高传感灵敏度。研究发现多模光纤中模式数量对传输结果影响较大。当改变单模光纤和多模光纤的结构参数而保持其归一化频率不变，从而保证多模光纤中模式数量不变时，其总能获得规则的传输曲线。增大光纤直径可以有效提高传感灵敏度。当取多模光纤纤芯

6、直径为70μm时，最5-7高灵敏度达到3.725×10nm/RIU，检测极限7×10RIU。（4）我们发现基于SMS光纤结构的输出光谱偏移对多模光纤的长度变化较为敏感，因而当多模光纤受到应力作用而发生长度变化时，输出光谱也会发生变化。基于应力对光纤的作用原理，采用简单的横向拉伸的方法，实现横向应力传感。模拟结果表明当取多模光纤直径为30μm且模式数量较少时，其灵敏度的平均值为0.3942nm/g。比基于布拉格光栅结构的光纤应力传感器的高4倍。关键词：多模干涉型传感器，SMS光纤结构，多模干涉，波谷检测，灵敏

7、度I基于多模干涉效应的SMS型光纤结构传感技术研究ABSTRACTTheopticalsensorspossesstheirinherentadvantages,includingsmallsize,lightweight,lowcost,highsensitivity,easyfabrication,andimmunitytoelectromagneticinterference.Theyhaveimportantapplicationsinthefieldsofaerospace,military,na

8、tionaldefense.Thesensingmechanismofopticalfibersensorsiscommonlybasedonmultimodeinterferenceandself-imagingeffect.Thesingle-mode-multimode-single-mode(SMS)structureisanewtypeofmultimodeinterferencesensorthath