光纤光栅折射率传感理论与实验研究.pdf

要摘光纤光栅作为~种参数周期性变化的全光纤光予器件,从其出现至今,历经近三十年的理论研究和工程实践的发展,已成为光纤传感和光纤通信领域中必不可少的基础性元件。温度、应变和外部折射率是光纤光栅传感器能够直接传感的三个基本参数。传统的光纤光栅传感技术大多基于温度传感和应变传感,而外部折射率传感的受关注程度及其技术发展的成熟度均不及前两种传感类型。近年来,随着生物技术的快速发展以及人们对环境监测、生态保护等需求的高速增长,光纤光栅作为折射率传感器开始引起广泛关注。由于光纤光栅折射率传感器具有很多不同于以往传感器的独特优势,在这些新兴的领域里将会有十分广阔的发展空闻。本文针对生物化学传感这一新的应用领域,首次提出了三种新型光纤光栅折射率传感器,其中包括基于反向包层模谐振的光纤布拉格光栅���凵渎蚀ǜ衅鳌��阏凵渎实�制光纤光栅折射率传感器和器件直径在亚微米量级的微纳光纤光栅折射率传感器等。本文基于光纤模式分析和耦合模理论对这三类传感器分别建立理论模型,对其光谱特性和外部折射率传感特性进行了细致的分析。本文在实验中首次成功制备了光纤布拉格光栅包层模谐振外部折射率传感器,获得了���痳�的高传感灵敏度,证实了理论分析的结果,并基于此折射率传感器设计了液位传感的应用方案,进行了理论分析和实验研究。本文中提出的新型的光纤光栅折射率传感器,具有低插损、低成本、传感灵敏度高、折射率传感范围宽等特点,可以应用于生物化学传感、环境监测、工业质量控制等多种领域。关键词:光纤光栅,外部折射率传感,生物传感器,生物化学传感器,液位传感器,包层折射率调制,反向包层模谐振折射率传感,亚波长光纤光栅。摘要
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堕鱼日期:堕垫导师签名:东南大学学位论文独创性声明东南大学学位论文使用授权声明加��:日期:�:�:鉴以公布��ǹ��论文的全部或部分内容。论文的公布��ǹ��授权东南大学研东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交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。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可究生院办理。本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
≤汰�域里必不可少的基础性元件㈣。第一章绪论��光纤光栅光纤光栅是一种参数周期性变化的全光纤光子器件。传统的光纤光栅是利用光纤材料的光敏性,在纤芯内沿纵向引入周期性的折射率微扰而制成【�。光纤光栅的件成为现实,还促使人们重新考虑光纤通信系统中各种光学元器件的构成与设计田,并为构成可复用的分布传感网络铺平了道路�。光纤光栅在光纤通信和光纤传感领��.�庀斯庹さ姆掷�光纤光栅可以广泛地分为两大类:一类是光纤布拉格光栅���简称��,也称为短周期光纤光栅。其光栅周期在亚微米量级,对于���光通信窗口而言,约为���U饫喙庹さ墓庋�匦杂晒庀酥星跋蚝秃笙虻寄V�涞�耦合所决定。如图�����荆�诠庀酥写�涞墓饩�鼺�时会发生正向传输的纤芯基模到反向传输的纤芯基模的耦合,这是由光纤中传输的模式之间发生耦合的相位匹配条件决定的,所以短周期光纤光栅也被称为反射型光纤光栅。反射光栅的作用相当于一种波长可选�ü�刂破渲芷�和带宽可调�刂乒庹で慷�的窄带反图��光纤光栅中模式耦合的射线表示��庀瞬祭�窆庹ざ匀肷涔獾姆瓷洌�常在几十到几百微米量级。如图�����荆�庀酥写�涞墓饩�齃��保���出现对光纤通信和光纤传感技术产生了重大而深远的影响,它不仅使各种全光纤器域中的里程碑作用已被世人认可,并己逐步发展成为光纤通信和光纤传感等技术领射滤波元件。��庀舜�涔庹ぶ邢诵灸J降桨�隳J降鸟詈�另一类为长周期光纤光栅�����������虺芁��,其周期通����������一�辨�
相位匹配条件的模式耦合发生在纤芯基模与同向传输的包层模式之间,所以也被称��.�庀斯庹