基于单模-多模-单模光纤结构的新型光纤湿度传感器件的研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：理学硕士学位论文基于单模-多模-单模光纤结构的新型光纤湿度传感器件的研究硕士研究生：王先帆指导教师：史金辉教授工程领域：光学论文主审人：耿涛教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：1ＵＤＣ：编号：1理学硕士学位论文基于单模-多模-单模光纤结构的新型光纤湿度传感器件的研究硕士研究生：王先帆指导教师：史金辉教授学位级别：理学硕士工程领域：光学所在单位：理学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedInd

2、ex:U.D.C:ADissertationfortheScienceDegreeofMasterInvestigationofanovelopticalfiberhumiditysensorbasedonsinglemode-multimode-singlemodefiberstructureCandidate:WangXianfanSupervisor:Prof.ShiJinhuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceEngineeringField:

3、OpticsDateofSubmission:Dec,2017DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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

4、方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔

5、滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要单模-多模-单模（Singlemode-multimode-singlemode，SMS）光纤结构由于自身拥有的成本低、实验制备容易、结构简单和灵敏度高等优点，一经提出，就得到了广泛地研究，一些基于SMS光纤结构的滤波器、光分束器、光束整合器、光纤传感器等光纤器件已经被广泛地应用到了光通信领域和光传感领

6、域。尤其在光纤传感领域，基于多模干涉原理的SMS光纤结构凭借自身独特的优异性能得到了广泛地应用，所以本文深入地研究了SMS光纤结构，并且对一种基于单模-侧抛多模-单模（Singlemode-sidepolishedmultimode-singlemode，SSPMS）光纤结构的湿度传感器进行了全面的理论分析和实验研究。在本论文中，首先介绍了SMS光纤结构以及基于SMS光纤结构传感器件的研究背景和研究进展。理论分析了光束在多模光波导结构和多模光纤结构中传播时产生的多模干涉现象和自成像点现象。然后分别

7、利用模式传输分析方法（Modepropagationmethod，MPA）和光束传输法（Beampropagationmethod，BPM）理论模拟了SMS光纤结构中的多模干涉现象，并且计算得到了这两种计算方法所对应的自成像点位置。实验结果证明在计算SMS光纤结构的自成像点时，相比较BPM方法，MPA方法更加准确。在此基础上从理论和实验上研究了多模光纤自成像点处模场分布随周围环境温度改变而变化的情况，提出了一种新颖的研究SMS光纤结构温度依赖性的方法。进一步地，本文设计并制备了一种基于明胶涂覆的S

8、SPMS光纤结构的湿度传感器件。这种光纤结构是利用自制的光纤侧抛系统对SMS光纤结构的多模光纤部分侧面抛磨制备而成的。首先详细地介绍了SSPMS光纤结构的制备方法，并且利用BeamPROP软件理论研究了侧面抛磨对于SMS光纤结构中光束传输特性的影响，以及外界环境变化对于SSPMS光纤结构中光束传输特性的影响。然后实验研究了涂覆在侧抛多模光纤部分的湿度敏感材料（明胶）涂层的厚度与SSPMS光纤结构湿度传感性能（湿度灵敏度和响应时间）的关系，最后还研究了这种光纤结构的湿度传感器的温度依