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《中国科学院西安光学精密机械研究所》 2001年
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光纤光栅传感器的理论和技术研究

贾宏志  
【摘要】: 本文对光纤光栅传感器的基本理论和技术进行了系统的研究,主要内容包 括:光纤光栅的耦合模理论分析;光纤光栅的制作方法;光纤光栅的传感机理; 光纤光栅的温度、压力增敏及去敏方法;光纤光栅传感器用宽带光源的研制及 光纤光栅波长解调技术。 首先对光纤光栅传感器的研究现状和发展趋势进行了回顾和展望。按照理 想波导模展开法推导了模式耦合方程,并用耦合模理论详细研究了光纤Bragg 光栅和啁啾光栅的反射特性(反射带宽和峰值反射率)与光纤光栅的参数(光 栅长度、耦合系数、啁啾系数等)之间的关系。提出了一种饱和情况下光纤Bragg 光栅折射率分布的数学模型,利用该模型研究了饱和情况下Bragg光栅的一、 二阶衍射特性,模拟了Bragg光栅一、二阶衍射的形成过程,模拟结果与实验 数据吻合的很好。 光纤光栅的制作技术是其批量生产和广泛应用的关键。本文系统论述了光 纤光栅的各种制作方法并比较了各种制作方法的优缺点。重点对相位掩模法进 行了讨论,采用标量衍射理论分析了相位掩模的近场衍射特性,研究了写入光 正入射和斜入射条件下的成栅特点,得出了一些重要结论。进行了用相位掩模 制作光纤Bragg光栅的实验研究。 系统研究了光纤Bragg光栅和长周期光栅对温度、应变及压力的传感机 理。分析了Bragg光栅的二阶温度、应变灵敏度和温度-应变交叉灵敏度对测 摘 要 一 量结果的影响。详细研究了Brngg光栅的温度增敏和去敏以及压力增敏的方法 和原理。此外,还详细论述了光纤光栅同时测量温度和应变的各种方案,对各, 种方案的优缺点进行了分析比较,并分析了各种方案的系统误差。对光纤Bragg。 光栅的温度、应力传感特性进行了实验研究,在25”C~100”C的温度范围和 0-809的应力范围内测出了Bragg光栅的波长-温度和波长-应力响应曲线。 宽带光源和波长解调是光纤光栅传感器在实际应用中必须解决的问题,我 们研制了多种半导体激光器驱动电源和半导体激光器冷却系统,合作研制了采 用掺饵光纤的宽带光源。本文还论述了光纤光栅的波长解调方法,包括匹配光 栅法、可调谐法布里-琅罗腔法、非平衡MachZehnder于涉仪法和可调谐光源 法等,提出了一种解调光纤光栅波长的可调谐法布里-琅罗腔结构并计算了法 布里-琅罗腔的参数。
【学位授予单位】:中国科学院西安光学精密机械研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TP212.14

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【引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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10 张小政;工程化光纤光栅系列传感器的研究与开发[D];哈尔滨工业大学;2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前8条
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7 孙东亚;光纤智能材料、器件与智能锚索结构系统的研究[D];武汉理工大学;2002年
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9 杨华勇;反射式强度型光纤传感器强度调制特性的数学模型与关键技术的研究[D];国防科学技术大学;2002年
10 张延顺;干涉式光纤陀螺(IFOG)漂移特性的研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡霁;基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统[D];南昌航空大学;2010年
2 贾林涛;折射率调制光纤气体传感系统设计与研究[D];郑州大学;2010年
3 李丹;测量液位的波纹膜片式光纤Bragg光栅压力传感器[D];昆明理工大学;2008年
4 上官王聘;大功率半导体激光器阵列光束整形系统研究[D];浙江大学;2011年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 王晓洁;曾捷;梁大开;解建光;刘宏月;张晓丽;;用于沥青路面载荷监测的光纤光栅压力传感器[J];光电子.激光;2011年02期
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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中国期刊全文数据库 前4条
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【相似文献】
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7 郑慧;陈定方;李勇智;;一种新颖的光纤光栅传感器网络[J];湖北工业大学学报;2008年02期
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10 孙丽;光纤光栅传感技术与工程应用研究[D];大连理工大学;2006年
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5 雷飞鹏;双光纤光栅传感器的研究[D];北京交通大学;2010年
6 郭永兴;面向边坡安全监测的光纤光栅传感器技术研究[D];武汉理工大学;2012年
7 黎建霞;提高光纤光栅传感器解调精度的研究[D];哈尔滨理工大学;2012年
8 孟展;光纤光栅传感器测量技术的研究[D];河南大学;2011年
9 王晓洁;基于光纤光栅传感器的沥青路面性能监测研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 全江涛;用于输电线路覆冰测量的光纤光栅传感器研究[D];华北电力大学(北京);2010年
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