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Bragg光纤光栅写入技术及特种光栅传感应用研究

作　者: 吴海龙
导　师: 关春颖
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: 光纤光栅 偏芯光纤 弯曲传感 Talbot干涉
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本论文利用保角变换对偏芯光纤光场分布进行了计算并对单模光纤和偏芯光纤光栅写入过程进行了研究。在此基础上分析了各种单芯光栅和胶合多根光纤光栅的弯曲传感特性，主要工作总结如下：1）通过保角变换的性质和应用，推导出利用保角变换法求解偏芯光纤模场分布的解析表达式，在此基础上计算了模式有效折射率，并与有限元法计算结果进行了对比分析。结果表明，在偏芯度不大的情况下，保角变换法拥有足够的精度和较快的计算速度。2）搭建了利用紫外248nm激光相位掩模板法写入光纤光栅的装置，对光敏光纤，载氢单模光纤，载氢偏芯光纤等进行了光纤布拉格光栅的写入，并对写入光栅的光谱进行了测量和分析。该工作不仅写制了多种光纤光栅，实验过程中还完成了载氢实验，验证了载氢效果以及光栅的消退过程。3）设计了用于测试光纤弯曲传感特性的装置，对多种胶合光纤光栅进行了弯曲传感测试。实验结果表明，通过胶合的光纤光栅，可以测量多维度的弯曲，可以判断弯曲的方向和角度，并且得到了其传感特征曲线。4）设计和组装了Talbot干涉仪，目的是增加系统写入的灵活性，可以用单一掩模板写入多波长的光纤光栅。通过Talbot干涉仪组装调试过程，发现该写入方法有着更高要求，调试工作更加困难，这部分工作仍需进一步研究。一系列工作都围绕光纤光栅的写入和偏芯光纤光栅传感展开。通过这些工作，实践了一种特种光栅从制作到传感测量的全过程。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题研究的目的与意义  9-10
  1.2 光纤光栅研究进展  10-12
    1.2.1 光纤光栅写入工艺发展  10-11
    1.2.2 光纤光栅传感器的研究和应用  11-12
  1.3 偏芯光纤的研究进展  12-13
    1.3.1 偏芯光纤的产生和发展  12
    1.3.2 偏芯光纤传感的研究进展  12-13
  1.4 本论文的研究内容  13-15
第2章 偏芯光纤分析的保角变换法  15-27
  2.1 保角变换的理论基础  15-19
    2.1.1 保角变换的概念和性质  15-16
    2.1.2 分式变换及其基本性质  16-18
    2.1.3 保角变换求解定解问题  18-19
  2.2 保角变换求解偏芯光纤电磁场方程  19-22
    2.2.1 保角变换函数的确定  20-21
    2.2.2 电磁场方程的决定  21
    2.2.3 偏芯光纤电磁场方程的形式解  21-22
  2.3 保角变换求解的结果分析  22-25
    2.3.1 保角变换法求解结果  22-24
    2.3.2 保角变换法与有限元法比较  24-25
  2.4 本章小结  25-27
第3章 单模和偏芯光纤光栅写入技术及弯曲传感特性  27-42
  3.1 光纤光栅写入理论  27-33
    3.1.1 光纤光栅的光敏性和载氢处理  27-29
    3.1.2 光纤光栅的写入工艺  29-32
    3.1.3 光纤光栅的光谱和中心波长漂移  32-33
  3.2 光纤光栅写入实验装置和预处理  33-35
    3.2.1 实验装置  33-35
    3.2.2 光纤光栅写入实验的预处理  35
  3.3 单模光纤光栅写入实验及弯曲传感  35-38
    3.3.1 光敏光纤 FBG 的写入实验  35-37
    3.3.2 载氢光纤 FBG 的写入实验  37-38
    3.3.3 单模光纤 FBG 的弯曲传感实验  38
  3.4 偏芯光纤 FBG 的写入实验  38-39
  3.5 偏芯 FBG 弯曲传感实验  39-40
  3.6 本章小结  40-42
第4章 胶合光纤光栅的弯曲传感应用  42-50
  4.1 弯曲测试装置和数据处理  42-44
    4.1.1 弯曲传感测试装置  42-44
    4.1.2 弯曲传感的数据处理方式  44
  4.2 胶合 FBG 的弯曲传感测试  44-49
    4.2.1 双 FBG 对称胶合弯曲传感  44-46
    4.2.2 双 FBG 非对称胶合弯曲传感  46-47
    4.2.3 三 FBG 胶合弯曲传感  47-49
  4.3 本章小结  49-50
第5章 Talbot 干涉仪装置和光栅写入  50-56
  5.1 Talbot 干涉仪的基本原理  50-53
    5.1.1 相位掩模板±1 级光的出射角度  50-51
    5.1.2 干涉光夹角和光纤光栅周期  51-53
  5.2 Talbot 干涉仪装置  53-54
    5.2.1 Talbot 干涉仪组成  53-54
    5.2.2 Talbot 干涉仪调试  54
  5.3 光栅写入实验  54-55
  5.4 本章小结  55-56
结论  56-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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