论文部分内容阅读
基于模间干涉结构的Sagnac环光纤传感器除了具有一般光纤传感技术的优点外,还具有结构简单,成本低廉,灵敏度高等特点,是目前国内外光纤传感技术研究的重要方向。基于模间干涉的Sagnac环光纤传感器通常由不同种类光纤对芯熔接或者由同种光纤错位熔接的光纤结构,再内嵌入光纤Sagnac环构成,其基本原理是光纤中不同模式的光波形成的干涉图样会因外界环境参数如温度、应变等变化作用到光纤上而发生变化,通过测量输出的干涉光谱的变化,就可以解调出外界环境参数及其变化规律,实现传感功能。本文提出和研制了一种由单模-保偏-单模光纤(SPS)构成Sagnac环的光纤结构传感器,理论和实验分析了保偏光纤长度对传感器灵敏度的影响,并对Sagnac环中SPS光纤结构绕成圆环后,圆环半径对传感器的温度灵敏度的影响。同时,为了进一步提高传感器谐振波谷的消光比和灵敏度,提出了一种级联结构的SPS型的Sagnac环光纤传感器,实验还验证了该传感器可以实现温度和应变的同时测量。本文的主要研究内容如下:(1)研制了一种基于SPS结构的Sagnac环光纤传感器,理论和实验分析了保偏光纤长度对传感器灵敏度的影响,实验结果表明,传感器的谐振波谷数随着保偏光纤长度的增加而增加;保偏光纤长度对传感器的应变灵敏度影响不大,传感器的应变灵敏度保持在28.6pm/με左右;保偏光纤长度对传感器的温度灵敏度有显著影响,当保偏长度为15cm时,传感器温度灵敏度达到1.53nm/℃。这些研究结果为优化保偏光纤长度提供了依据。(2)为了进一步提高传感器的灵敏度,我们将Sagnac环中的SPS结构绕成圆环,实验研究了圆环半径对传感器温度灵敏度的影响,实验结果表明,传感器的温度灵敏度随着圆环的半径减小而增加,当圆环半径为3cm时,传感器的温度灵敏度可以提高到1.73nm/℃。(3)提出了一种级联结构的SPS的Sagnac环光纤传感器,实验证实通过两个谐振波谷的波长或一个谐振波谷的波长和功率测量,该传感器可以实现温度和应变的同时测量。并且级联结构还可以提高谐振波谷的消光比,提高测量的精度。