双芯光子晶体光纤温度传感器的研究

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温度是一种最基本的环境参数。农业生产中离不开温度的测量,各种农作物的生长都跟温度有直接的关系,掌握了温度的变化就可以更好的控制农作物的生长。工业生产也经常需要实时测量温度,但依靠人工检测既浪费时间、物力、人力,又有一定的危险性,且测量的数据也不准确,因此研究温度传感的方法和装置具有重要的意义。光纤是电绝缘耐腐蚀的传输介质,抗强电磁干扰,安全可靠,在各种大型机电、石油化工、冶金高压、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能方便而有效地传感。光子晶体光纤具有无截止单模特性,可控的非线性效应,可控的色散特性和低损耗特性,结构灵活多样,被广泛应用于各个领域,因此,光子晶体光纤传感器引起了国内外学者的广泛研究。本文设计了一种混合导光机制的双芯光子晶体光纤温度传感器,在双芯光子晶体光纤芯层中选择空气孔中注入液晶材料实现温度传感。在双芯光子晶体光纤中选择合适的空气孔,填充具有热光效应的液晶,温度发生改变时,双芯光子晶体光纤的耦合特性发生改变,从而构成了适合于室温范围的双芯光子晶体光纤温度传感器。本文首先从双芯光子晶体光纤的基本结构出发,分析了双芯光子晶体光纤的双芯耦合特性,得出了双芯光子晶体耦合长度与入射光波长和光子晶体晶格常数之间的关系,为双芯光子晶体光纤结构的设计提供了依据。然后运用Rsoft软件计算了填充液晶后,对称结构与非对称结构下,双芯光子晶体光纤的温度传感性能。利用光束传播法(Beam propagation method,BPM)对不同种类的液晶填充进空气孔后的双芯透射功率进行了计算,得出了温度与双芯出射功率的关系,分析了其传感特性。本文设计的双芯光子晶体光纤温度传感器可测量的温度范围在273K-373K之间,精度可达0.5K,当光电检测精度提高时,双芯光子晶体光纤温度传感器精度则有进一步的提高。本文设计的双芯光子晶体光纤温度传感器,结构简单,利于实现,传感范围和传感精度都有所提高。
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