非均匀光纤光栅制作与特性研究

来源 :西安石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a98674591
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
与传统的电传感器相比,光纤光栅传感器具有其固有的优点,如体积小、抗干扰、耐高温高压环境等,因此在光纤传感领域具有越来越广泛地应用。特别是均匀光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG),由于成熟的刻写技术,已经广泛的应用于光纤光栅传感测量领域。然而,对于非均匀光纤光栅,如相移光纤光栅(Phase shift fiber grating,PSFG))、莫尔光纤光栅、超结构光纤光栅(Superstructure fiber grating,SFG)等等,由于其复杂的周期变化以及刻写技术的限制并未得到广泛地研究与应用。本文首先理论分析了PSFG和SFG的传感机理,然后基于普通单模FBG的刻写方法—相位掩膜法,通过采取调整光路、更换材料以及与光纤Fabry-Perot(FP)腔级联等措施,制作了小尺寸、多功能的非均匀光纤光栅,包括PSFG、SFG和结构相移光栅。此外,实验研究了上述非均匀光纤光栅对环境温度、拉力、压强和折射率等的传感响应特性。本论文主要的研究内容和实验结论概括如下:(1)首先利用传输矩阵法理论分析了FBG、PSFG、SFG和结构相移光栅的光波传输特性;使用MATLAB软件设置合适参数模拟了上述光纤光栅的反(透)射谱;理论分析上述非均匀光纤光栅对温度、拉力、压强和折射率等的传感响应;(2)制作相移光栅传感器,并研究其传感特性。首先,采用遮挡法刻写了PSFG传感器,实验研究了该传感器的温度和拉力传感特性,得到了PSFG的温度灵敏度为10.1pm/℃,拉力灵敏度为1.361 nm/N;然后,制作光栅—感光胶腔传感器,研究其温度和压强传感特性,得到了该集成传感器中光栅元件对温度(温度变化范围为30℃—110℃)的响应灵敏度为11.6 pm/℃、感光胶腔对温度的响应灵敏度为223.4 pm/℃,感光胶腔对压强(压强变化范围为0 MPa—0.7 MPa)的响应灵敏度为25.0 nm/MPa,光栅对压强不响应,因此根据温度补偿法,该光栅—感光胶腔集成传感器可实现温度与压强的同时区分测量,测量分辨率分别为0.086℃和0.730 KPa;最后,为了制作非均匀光纤光栅,进一步优化了光栅-感光胶腔传感器,制作了结构相移光栅传感器,然后实验研究了该传感器的温度、压强、折射率、拉力等传感特性,实验表明该传感器在温度环境25℃-50℃中,光栅的响应灵敏度为6.2 pm/℃和-0.2299 dB/℃、感光胶腔的响应灵敏度为307.6pm/℃,在气体压力环境0 MPa-1.2 MPa中,感光胶腔的响应灵敏度为0.81 nm/Mpa,而光栅对压强不响应;液体折射率环境1.3342 RIU-1.3478 RIU中,感光胶腔的响应灵敏度为355.03 nm/RIU、光栅的响应灵敏度为319.82 dB/nm,该传感器可以实现温度、压强和折射率的同时区分测量,且测量误差分别为0.16℃,0.1245 MPa和0.0001 RIU;(3)制作SFG传感器,并实验研究其温度、拉力传感特性通过,实验得到了SMF-SFG的温度响应灵敏度为10.5 pm/℃、拉力响应灵敏度为1.3263 nm/N;SCF-SFG的温度响应灵敏度为10.6 nm/℃、拉力响应灵敏度为0.9113 nm/N。综上,我们研究了非均匀光纤光栅的光波传输特性和传感理论,然后基于FBG的刻写光路,通过调整光路、更换光纤材料、以及将光束调制技术、光纤微结构制作和特种光纤刻写等多技术进行融合,成功制作了非均匀光纤光栅传感器,并研究了其传感特性。通过对非均匀光栅理论及刻写技术的研究,将对其在光纤通信与传感检测等领域的应用具有重要的意义。
其他文献
棚户区改造一直以来都是利津县提升城市品质、改善人民居住环境的重要举措之一。利津县“中心棚户区”是利津县面积最大的棚户区,区域内建筑及配套设施大部分为80年代规划建
近年来,随着自旋霍尔效应研究的深入,一种类似电子自旋霍尔效应的新物理现象--光子自旋霍尔效应逐渐进入研究领域。光子自旋霍尔效应是当一束空间受约束的线性偏振光在界面处
随着数字技术的高速发展,二维码在人们的日常生活中随处可见。二维码技术被广泛的应用在商品安全、移动电子商务等领域。但由于二维码结构简单,制作难度极低,便给了许多不法
为了避免常规火炮制退机漏液漏气、驻退液空化效应使后坐阻力难以计算、液体振动导致火炮炮口振动等缺点,本文设计了一种串联磁路混合励磁圆筒型直线涡流阻尼器用以替换现有火炮的制退机,利用电磁阻尼器初级与次级之间不需要直接接触、控制方便、可靠性高的特点与电磁阻尼器特有的平台效应与电枢反应,避免了传统火炮制退机的各种缺点,同时具备后坐阻力可控的优点。首先,通过等效磁路法得出静态时气隙处磁感应强度的表达式,并根
目的:1.观察股骨转子间骨折PFNA术后股骨近端短缩的发生率及首次发现时间;2.研究术中骨折复位质量对股骨转子间PFNA术后股骨近端短缩的影响;3.研究骨折严重程度对股骨转子间P
增发是企业融资的重要方式,增发定价也一直受到资本市场和监管层的重视,如何规范增发定价,以防范市场风险,保障投资者利益,是十分重要的问题。证券公司在帮助上市公司制定定
bZIP(basic region/leucine-zipper motif)是植物中最大的转录因子家族之一,广泛参与调控植物的各种逆境胁迫。课题组在对烟草K326干旱胁迫下转录组分析中发现NtbZIP66基因在干旱胁迫下表达量明显下调。本研究以烟草主栽品种K326为材料,克隆烟草bZIP家族的NtbZIP66基因,qRT-PCR检测了该基因在烟草干旱、低温、NaCl和NaHCO_3胁迫下的表达模
紫色土是我国主要的耕作土壤类型之一,具有土层浅薄、表土松散、易侵蚀、有机质含量低等特点。宁化县是福建省紫色土最集中的分布区。油茶是宁化紫色土区的重要油料作物,茶油收入是当地居民收入的重要来源。传统的油茶园耕作管理模式多为顺坡种植,加之人为的除草、铲地、松土,林下灌草盖度较低等因素的影响,极易导致水土流失,进而使得油茶园紫色土肥力差,油茶生长不良。因此,探索高效合理的紫色土油茶园调控模式是当前油茶产
原子层沉积(ALD)以其薄膜的可控性生长技术而闻名,可精确控制纳米级甚至原子级的颗粒生长,这使得它被广泛应用于解决材料和器件的纳米尺度所带来的问题,可在各种形状的基底上生长均匀致密薄膜。目前,对于使用ALD法选择性沉积的少循环数所制备的高度分散岛状结构与基底催化剂构成的催化材料尚处于研究的起始阶段。许多贵金属负载光催化剂选用孤岛杂化光催化剂制备方法,以增加催化剂的反应活性位点。本研究利用此种方法制
物料的自动标识是企业实现信息化深度应用的基础。铸造木模是金属铸造生产的重要模具,受到材料、形状、环境等因素影响,自动标识实现困难。激光标识是近年来兴起的直接零件标