阵列芯光纤超模特性和传感特性应用研究

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1、分类号：密级：_______________ＵＤＣ：编号：_______________理学硕士学位论文阵列芯光纤超模特性和传感特性应用研究硕士研究生：陈磊指导教师：关春颖教授学科、专业：光学论文主审人：杨兴华教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：______________UDC：编号：______________理学硕士学位论文阵列芯光纤超模特性和传感特性应用研究硕士研究生：陈磊指导教师：关春颖教授学位级别：理学硕士学科、专业：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03月学位授予单位：哈尔滨工

2、程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.SciArrayCoreFiberSupermodeanditsSensingApplicationStudyCandidate:LeiChenSupervisor:Prof.ChunyingGuanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpeciality:OpticsDateofSubmission:Dec.2017DateofOralExamination:Mar.2018Universi

3、ty: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

4、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：年月日年月日摘要近些年，随着人们对光纤光栅的不断

5、深入研究，在光纤通信和传感领域，光纤光栅的应用范围越来越广。光纤传感器具有众多优点，包括：抗电磁干扰能力强，可复用性强并且体积小、重量轻，适用于各种应用场合。本文以阵列六芯光纤作为研究对象，在光栅制作以及传感特性分析的基础上，提出了一种能够应用于弯曲方向识别的弯曲传感器。主要内容如下：简要介绍通过利用相位掩模法在阵列六芯光纤中刻写光栅。从各个纤芯中的光栅谐振波长大小可知：对于尺寸大小相似的纤芯，越靠近曝光方向，受到的折射率调制越强，得到的光栅中心波长越大；对于尺寸不同的纤芯，纤芯直径越大，光栅中心的波长越大。对于阵列六芯光纤的超模特性进行了理

6、论仿真，并对单模对各个纤芯的激发系数做了理论验证和实验分析。结果表明传输超模的纤芯能量较高，与理论结果匹配性较好。并且传输超模的尺寸较小的纤芯匹配情况高于尺寸较大的纤芯，最大的可能是由于纤芯尺寸的影响。对阵列光纤光栅进行了轴向应力、温度、弯曲的测量。实验结果表明，阵列六芯光纤光栅纤芯对应力的灵敏度均在1.0pm/με左右，对温度的灵敏度在~10pm/°С与标准单模光纤光栅相似。弯曲特性与方向有关，受限于实验装置仅测量了0°和90°两个方向的弯曲灵敏度。0°方向为纤芯竖直排列，90°方向为纤芯水平排列。弯曲方向为90°时，不同纤芯的弯曲灵敏度差

7、异较小；弯曲方向为0°时，不同纤芯中的Bragg谐振峰同时表现出蓝移和红移。阵列五芯光纤光栅纤芯对应力的灵敏度也近似在1.0pm/με左右。对于温度的灵敏度测量了升温和降温两个过程，结果表明升温过程灵敏度略大于降温过程。关键词：阵列多芯光纤；相位掩模法；耦合模理论；超模；布拉格光纤光栅IIIABSTRACTInrecentyears,withthecontinuousresearchoffibergrating,theapplicationrangeoffibergratingismoreandmorewidelyusedinthefield

8、ofopticalfibercommunicationandsensing.Opticalfibersensorshavemanyadvantages,includ