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基于磁光光纤光栅的干涉结构研究

吴士娟  
【摘要】:随着光纤技术和光纤通信的发展,光纤光栅(FBG)已经成为近年来发展得最为迅速的光纤无源器件之一,并在光纤传感领域发挥着重要的作用。磁光光纤光栅(MFBG)作为一种新型光导材料,由于其具备与普通光纤光栅不同的特点而受关注。光纤干涉仪与光纤光栅的结合常被用来进行信号解调、传感、检测等,在医学、工业、航空航天、桥梁等方面均有实际的应用。 本文主要研究磁光光纤光栅和光纤干涉仪组合的结构,利用OptiSystem 7.0软件分析了不同干涉结构的特性,研究工作如下: 1.由非均匀MFBG传输矩阵的对称性建立了非均匀MFBG的OptiSystem仿真系统模型,并根据分段均匀MFBG理论用MATLAB数值方法证明该仿真模型的正确性。 2.利用MFBG的仿真模型,根据实验得出的MFBG透射谱曲线拟合出了MFBG的光栅参数,并计算了不同磁场下实验波长处的功率变化,当等效费尔德常数为15rad/(T?m)时仿真结果与实验曲线符合。 3.利用非均匀MFBG的仿真模型分析了MFBG的传输特性。在此基础上,搭建了基于MFBG的Michelson/M-Z的干涉系统的仿真结构,分析了相位补偿法用于磁场测量的工作原理。深入研究了基于非均匀MFBG的Michelson干涉结构,研究表明,线性啁啾MFBG的磁场灵敏性高于均匀和切趾MFBG情形;优化MFBG的线性啁啾系数,可有效提高磁场灵敏度。 4.研究了基于MFBG的Sagnac干涉系统(MSI系统),给出了MSI系统的透射率公式。详细地分析了MSI系统的PDL特性,对比了均匀MFBG和切趾MFBG对峰值PDL的影响。仿真结果表明,通过优化耦合器的耦合系数,可以提高MSI系统的磁场灵敏度,其最大峰值PDL是单一MFBG结构的三倍。


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