基于光纤光栅的Sagnac光纤光子器件研究

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1、中图分类号：TN253论文编号：153112301学科分类号：140.3060密级：天津理工大学研究生学位论文基于光纤光栅的Sagnac光纤光子器件研究（申请硕士学位）一级学科：光学工程学科专业：光学工程研究方向：光纤光子学作者姓名：曹延鹏指导教师：苗银萍教授2018年2月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeResearchonSagnacLoopOpticalFiberPhotonicDevices

2、BasedonFiberBraggGratingsByYanpengCaoSupervisorProf.YinpingMiaoFebruary2018摘要光纤光栅作为一种光纤光学器件，可以将其应用在传感领域，扩展了光纤传感技术的发展空间。利用光纤光栅的选频特性对入射光进行滤波，可形成传输型的滤波器，应用在光纤通信领域。而随着光纤光栅制作技术的成熟，更多不同种类的光纤光栅（长周期光纤光栅，倾斜光纤光栅，微纳光纤光栅等等）制作成功，使其应用范围越来越广，得到了越来越多研究人员的研究。Sagnac效应

3、在1913年被法国人G.Sagnac首次提出，并通过实验进行了验证。光纤Sagnac环由于其具有高稳定性、易于制造、成本低的优点，广泛应用于光纤通信和光纤传感中。伴随着光纤通信和光纤传感技术的蓬勃发展，光纤Sagnac环结构成为光纤通信和光纤传感器件中的重要研究领域。本文的主要研究内容包括：1.采用经典耦合模的理论对光纤光栅Sagnac环梳状滤波器进行了分析，推导了光纤光栅的反射率和透射率公式，利用琼斯矩阵分别分析了单模光纤2×2耦合器和光纤光栅Sagnac环结构的滤波特性，得到单模光纤2×2耦

4、合器和光纤光栅Sagnac环结构的输入输出关系公式，推出光纤光栅Sagnac环结构的反射率和透射率表达式。2.从微纳光纤和倏逝场的概念出发，介绍微纳光纤布拉格光栅理论特性，分析微纳光纤光栅有效折射率的影响条件，讨论温度和外界折射率变化对光纤光栅有效折射率的影响。研究在微纳光纤光栅栅区基模和高阶模会发生耦合的情况，根据M-Z干涉的相关理论，讨论外界环境变化对微纳光纤光栅干涉峰的影响。3.推导出均匀光纤光栅Sagnac环反射率和透射率的表达式，并模拟计算了光纤光栅Sagnac环透射谱，分析了在不同参

5、数下光纤光栅Sagnac环透射谱的区别。最后选择合适的实验参数，通过实验验证，设计均匀光纤光栅Sagnac环滤波器。4.分析温度和折射率对微纳光纤光栅有效折射率和微纳光纤光栅干涉峰的影响，设计温度和折射率双参数微纳光纤光栅Sagnac环传感器，得到其温度和折射率的灵敏度，并且求得其传输矩阵，实现温度和折射率的同时测量。关键词：光纤传感光纤通信均匀光纤光栅微纳光纤光栅Sagnac环双参数传感器滤波器AbstractFiberBragggratingcanbeappliedinthefieldofo

6、pticalfibercommunication.WiththematurityoffiberBragggratingfabricationtechnology,moreandmorekindsoffiberBragggratings(longperiodfibergratings,tiltedfiberBragggratings,microfiberBragggratings,etc.)havebeensuccessfullyfabricated,andapplicationshavebeen

7、moreandmorewidely.FiberBragggratingshavebeenstudiedbymoreandmoreresearchers.SagnaceffectwasfirstproposedbyG.Sagnacin1913andverifiedbyexperiments.OpticalfiberSagnacloopiswidelyusedinopticalfibercommunicationandopticalfibersensingbecauseofitsadvantages

8、ofhighstability,easymanufacturingandlowcost.Withtherapiddevelopmentofopticalfibercommunicationandopticalfibersensingtechnology,thestructureoffiberSagnacloophasbecomeanimportantresearchfieldinopticalfibercommunicationandfibersensorparts.Themainworkoft