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CO_2激光对称烧写长周期光纤光栅的研究

解宇  
【摘要】:本文在对比了多种长周期光纤光栅(LPFG)的制各方法的基础上,着重针对CO_2激光对称烧写方法制备LPFG进行了实验研究。实验发现,此种方法制备的LPFG与其他LPFG在传感特性方面的差异主要表现在弯曲敏感度、偏振相关损耗和温度敏感度等方面。本文的目的是通过理论计算与实验结果的分析,研究CO_2激光对称烧写方法的成栅机理;实验得到此种LPFG的弯曲敏感度和温度敏感度以完善其传感参数;并对其特殊的传感特性给出较为合理的理论解释。 本论文实现和完善了CO_2激光对称烧写方法制备LPFG的实验方法。实验中,能够实现SLED光源范围内(1400nm~1600nm)任意位置光栅的写入,并可以通过控制写入外加拉力、激光占空比和脉冲个数等调节光栅的插入损耗和峰值宽度。利用残余应力释放的原理解释了在不外加形变拉力的情况下制备LPFG的成栅原理,完善CO_2激光对称烧写方法制备LPFG的制备理论。测量了CO_2激光对称烧写方法制备LPFG的弯曲特性和高温特性。通过弯曲特性的测量发现与CO_2激光单面写入LPFG相比,对称烧写方法制备LPFG的弯曲敏感性对方向的依赖性小,在0~3m~(-1)的弯曲范围内波长漂移均小于4nm,不存在某一特殊的温度敏感方向。通过高温特性测量发现LPFG在由850℃加热至1050℃的过程中,谐振损耗峰幅值随温度的增加快速减小,直至谐振峰完全消失,光栅被永久性抹除。通过与其他方法写入的光栅比较,我们认为,不产生物理形变、完全依靠残余应力释放实现的光栅效应是以上特性的合理解释。升温过程中,随着激光写入点以外的部分光纤内部应力的释放,CO_2激光束写入对光纤造成的平均调制率下降,表现为光栅效应逐渐减小。最终,随着应力释放接近写入强度,光栅效应基本消失。本论文的工作为LPFG器件在光纤通信和光纤传感技术中的广泛应用的奠定了基础。


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