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《燕山大学》 2018年
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材料填充型光子晶体光纤传感特性研究

石敏  
【摘要】:光纤传感技术是以光纤作为光的传播载体,当外界环境发生变化时,光波的特征参量会随之发生调制,从而实现对外界物理量的传感测量。由于高灵敏度、抗腐蚀、抗干扰、对被测量干扰小、可重复交叉使用等优良特性,光纤传感器的研究越来越受到人们的重视。光子晶体光纤具有高度可调的色散、无截止单模传输、高双折射和灵活的非线性控制等传统光纤所没有的优良性能。通过在光子晶体光纤的气孔中填充光电材料能够进一步改善和提升光纤的传输性能,有望进一步利用材料填充型光子晶体光纤研制高灵敏度的光纤传感器。本文的主要内容如下:首先,介绍了光子晶体光纤的研究背景和进展,对基于材料填充型光子晶体光纤的传感器的研究现状进行了详细的介绍,并给出了光子晶体光纤的理论研究基础和主要数值研究方法。其次,设计了一种基于金丝选择填充的光子晶体光纤的折射率传感器。光纤纤芯填充高折射率的分析物溶液,使其成为折射率引导型光纤,实现高折射率测量;大孔填充金丝,使表面等离激元模式只与纤芯偏振模式发生耦合共振,利用全反射原理和表面等离激元共振来研究光子晶体光纤的折射率传感特性。再次,设计了一种基于无水乙醇完全填充光子晶体光纤的Sagnac干涉型温度传感器。包层孔气孔采用孔径和间距完全相同的六边形排列,去掉纤芯左右两侧的空气孔,使光子晶体光纤具备高双折射特性,并对光纤进行了酒精的完全填充,利用干涉原理来研究光纤的温度传感特性。截取光子晶体光纤长度不同时,所测量的温度范围会有所不同。将完全填充与三种对不同空气孔进行选择填充的光子晶体光纤的传输特性和传感特性进行了对比,相比于选择填充,完全填充能使光子晶体光纤温度传感测量达到更高的灵敏度和更宽的测温范围。最后,通过搭建实验平台对实验室自制光子晶体光纤进行了温度传感的实验测试。对光子晶体光纤对光纤的微结构气孔填充无水乙醇或蓖麻油,利用宽带光源对光纤的透射谱进行了测量,实现了一种强度型光子晶体光纤温度传感器。研究发现,填充无水乙醇后的光纤传感器的灵敏度和线性度较高,其灵敏度可以达到153.12counts/℃,线性度达到0.999。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP212

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