基于SMS光纖結(jié)構(gòu)的布拉格光纖光柵及其傳感應(yīng)用.pdf

1、與傳統(tǒng)的電子傳感器相比,基于光纖的傳感器有著諸多的優(yōu)點(diǎn):集成度高、重量輕、高靈敏度、對(duì)電磁干擾免疫、耐化學(xué)腐蝕以及易復(fù)用等特點(diǎn),所以光纖傳感器已經(jīng)在物理、化學(xué)以及生物等領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛應(yīng)用。光纖傳感器的種類繁多,目前應(yīng)用的比較多的有光纖布拉格光柵以及長(zhǎng)周期光纖光柵等光纖結(jié)構(gòu)。近年來,一種基于單模-多模-單模光纖(SMS)結(jié)構(gòu)的傳感器越來越多的引起了人們的關(guān)注。以其基于多模干涉和自鏡像效應(yīng)而作為一種新型的光纖傳感器,具有十分重要應(yīng)用潛力和廣

2、闊的應(yīng)用前景。本文主要研究了基于SMS結(jié)構(gòu)的布拉格光纖光柵結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱SMS-FBG)的相關(guān)特性,研究并分析了其作為多參數(shù)傳感器的應(yīng)用前景。
　　首先,利用圓柱形光波導(dǎo)的模式理論及端面耦合理論分別分析了基于階躍型多模光纖的SMS結(jié)構(gòu)和基于梯度型多模光纖的SMS結(jié)構(gòu)的端面耦合效率、多模干涉效應(yīng)及光譜特性。并分析了在入射光纖和多模光纖進(jìn)行焊接時(shí)引入偏軸對(duì)SMS結(jié)構(gòu)的相關(guān)特性的影響。
　　然后,因?yàn)镾MS結(jié)構(gòu)與布拉格光纖光柵分別具有

3、諸多顯著的優(yōu)點(diǎn),我們?cè)O(shè)想把兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起,從而得到基于SMS光纖結(jié)構(gòu)的布拉格光纖光柵(簡(jiǎn)稱SMS-FBG),這一結(jié)構(gòu)結(jié)合兩種光纖結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)于一體,在未來的傳感應(yīng)用中將會(huì)有巨大潛力。為了實(shí)現(xiàn)這一目的,我們利用相位掩模板的方法用紫外光照射,在SMS結(jié)構(gòu)的多模部分寫上了布拉格光纖光柵,從而制作完成了SMS-FBG光纖結(jié)構(gòu)。并從理論上,利用耦合模理論分析計(jì)算了SMS-FBG結(jié)構(gòu)的反射譜,對(duì)比分析了正軸焊接的SMS-FBG結(jié)構(gòu)與偏軸焊接的SM

4、S-FBG結(jié)構(gòu)的特性,并對(duì)SMS-FBG結(jié)構(gòu)在多參數(shù)傳感方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析。
　　最后,基于之前所進(jìn)行的理論分析及計(jì)算,我們通過實(shí)驗(yàn)對(duì)上述理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。我們分別測(cè)試了正軸焊接階躍型SMS-FBG結(jié)構(gòu)和偏軸焊接階躍型SMS-FBG結(jié)構(gòu)的溫度特性和應(yīng)力特性。同時(shí),我們也分別測(cè)試了正軸焊接梯度型SMS-FBG結(jié)構(gòu)和偏軸焊接梯度型SMS-FBG結(jié)構(gòu)的溫度、應(yīng)力以及彎曲響應(yīng)特性。我們得到了與理論計(jì)算一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并且也證明了能