光纤折射率传感和信号解调技术研究

【摘要】：随着信息技术的快速发展,光纤通信技术和光纤传感技术在人类的生活和各个领域中得到了广泛的应用,光纤传感器件具有体积小、结构紧凑、抗电磁干扰、高灵敏度等优点,吸引了人们极大的研究兴趣,其中波长调制型光纤传感器还具有波分复用、多点传感的优点,能有效避免由于光源稳定性、光纤传输损耗等所带来的不利影响。本文主要研究了细芯光纤模式干涉仪传感器和长周期光纤光栅传感器的折射率传感应用,以及基于傅里叶域锁模技术的光纤布拉格光栅应变传感解调技术。 本文首先简单介绍一种我们提出的基于细芯光纤的模式干涉仪传感器,当在标准单模光纤中接入一小段特定尺寸的细芯光纤后,该纤芯失配结构能够激发出高阶的包层模式光波,并在耦合回纤芯时与导模光波发生干涉。文中介绍了传感器的结构和原理,并通过腐蚀包层的工艺观察到了传感器干涉峰值位置的变化,测试结果表明该传感器具有较高的折射率灵敏度。 接着介绍了分析光纤光栅特性的耦合模理论和传输矩阵分析法,数值模拟分析了光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅的光谱特性,介绍了光纤的光敏性机理以及几种常见的增敏方法,以及本文所使用的光纤光栅制作系统。 分析了长周期光纤光栅的传感原理,介绍了外部介质折射率对其共振波长的影响,提出了一种反射型的长周期光纤光栅传感器,该传感器由长周期光纤光栅、纤芯模式散射器和光纤端面反射镜组成,经过光纤光栅在纤芯传输的光被散射器散射掉,而经光栅耦合到包层传输的光遇端面反射回来又经光栅耦合回纤芯传输。传感器结构紧凑能适用于生化探测应用。 最后,介绍了光纤布拉格光栅的传感原理以及几种常见的光纤光栅传感解调方法,提出了一种基于傅里叶域锁模技术的光纤光栅传感解调方法,将傅里叶锁模光纤激光器应用于光纤布拉格光栅传感解调,通过将频域转换到时域上进行测量,实现了可以对同一共振波长进行的多点准分布式光纤布拉格光栅传感系统。并将其应用于应变传感测试,取得了很好的解调效果。