少模光纤干涉仪的性能研究与优化设计

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光纤传感器由于具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、安全可靠、可构成光纤传感网络等诸多优点,因而在工业、生物医疗、国防等领域均有广阔应用全景。 在各种光纤传感器中,干涉仪型光纤传感器由于具有非常高的灵敏度,因而成为国内外在传感技术研究中的热点。光纤干涉仪是影响干涉仪型光纤传感器性能的最重要部分。本文对少模光纤干涉仪的性能进行了深入而全面的研究。用数值仿真的方法研究了少模光纤干涉仪的调制深度和耦合效率与光纤参数的关系。 第一章,本章是全文的绪论。首先简要的介绍了光纤传感器的分类和发展趋势,并比较详细的介绍了几种普通光纤干涉仪的工作原理和结构。然后着重阐述了本论文所要研究的少模光纤干涉仪的工作原理、结构以及这种干涉仪的优点。最后介绍了光纤传感器和光纤干涉仪的国内外研究概况。 第二章,用有限差分法求解了折射率剖面非均匀的光纤的导模。从Ma)(well方程出发推导了非均匀光纤的标量波动方程,然后用有限差分法求解该方程的特征值和特征向量。把用数值仿真得到的结果和解析方法得到的结果进行了对比,以确定数值解的精度,为后面对少模光纤干涉仪的研究做好前期工作。 第三章,对两层折射率少模光纤干涉仪的性能进行数值仿真研究。深入的研究了基于LP<,01>模和LP<,02>模干涉的少模光纤干涉仪的调制深度和耦合效率与少模光纤参数的关系,以确定能使少模光纤干涉仪的性能得到优化的少模光纤参数范围。 第四章,对三层折射率少模光纤干涉仪的性能参数进行了数值仿真研究。采用三层折射率少模光纤代替常用的两层阶跃型少模光纤构成干涉仪,以同时获得很高的调制深度与耦合效率。 第五章,全文总结。本章对全文进行了总结,并且对后续工作做了展望。
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