多路并行光纤集成器件的制备与传感应用研究

论文摘要

随着互联网的崛起与普及以及智能终端和物联网等新兴业务的蓬勃发展,基于多芯/少模/多芯少模光纤的空分复用技术在提升光纤系统传输容量的方面得到了广泛的关注。除了通信传输方向的研究外,以多芯/多芯少模光纤为载体的空分复用器件在光纤传感等领域也有着独特的优势。目前光纤传感器的研究方向呈现出多参数化,集成化以及高精度化的趋势,如何同时实现实际环境中多种外界参数的测量并规避它们之间的交叉影响是现在亟待解决的问题。以多芯/多芯少模光纤为载体,对其进行特殊结构设计的多路并行光纤集成器件可以提供多路信道(纤芯)对外界参数进行同时探测,有利于实现传感结构的集成化和测量参数的多元化,在光纤传感领域具有很高的研究价值。因此,本论文紧密围绕光纤传感器件的发展趋势和需求,以多芯光纤和多芯少模光纤为载体,设计并制备了一系列功能化的多路并行光纤集成器件,成功地实现了双参数的同时测量,并为多参数的同时测量打下了良好的基础。本论文的主要研究内容包括;(1)调研分析了以多芯光纤和多芯少模光纤为载体设计制备的多路并行光纤集成器件的结构类型和几种主流的制备技术。目前多路并行光纤集成器件常用的制备技术主要分为以下三种:激光刻写技术,高温加工技术以及偏芯熔接技术。其中激光刻写技术常被用于制备多路并行光纤光栅结构类型的器件,偏芯熔接技术常被用于制备多路并行光纤干涉仪结构类型的器件,上述结构类型的器件都可由高温加工技术制备而成。通过对比上述各种制备技术及结构类型的优点与不足之处,同时结合自身条件,采用了以特种光纤熔接机为基础的可控偏芯熔接平台来制备多路并行光纤集成器件。(2)基于七芯少模光纤提出了一种一维可控偏芯熔接技术(控制光纤的旋转角度θ),可用来设计制备六路并行的马赫泽德干涉仪器件,成功地实现了多路传感结构在一根光纤中的集成。通过光谱分析,该器件提供了两路可用于实际探测的传感结构。利用上述两路通道并结合双参数解调原理,该器件成功地实现了温度和应力参数的同时测量并解决了双参数之间的交叉影响问题。其中本装置中旁芯一MZI的温度灵敏度为105.8 pm/℃,应力灵敏度为13.96 pm/με;旁芯二MZI的温度灵敏度为223.6 pm/℃,应力灵敏度为11.7 pm/με。该器件具有结构简单,高集成化,灵敏度高,测量范围广等优点,在双参数同时测量领域的应用价值很高。(3)为了充分利用多芯光纤中的所有通道,提出了一种可控范围更大控制精度更高的三维可控偏芯熔接技术,在七芯光纤上设计并制备了七路并行的马赫泽德干涉仪器件。该技术在上一章提出的一维可控偏芯熔接技术的基础上又引入了光纤在X轴方向和Y轴方向上的位移。通过光谱分析,该器件提供了四路可用于实际探测的传感结构并对其中两路通道进行了温度和应力参数的传感实验,利用上述两路通道可以完成温度和应力参数的同时测量。在此基础上,若能充分利用另外两路通道对外界参数的探测,该器件还有望实现更多参数的同时测量并避免它们之间的交叉影响,为多种外界参数的测量提供了一个新的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究现状
•   1.3 主要研究内容
• 2 多路并行光纤集成器件制备技术
•   2.1 激光刻写技术
•   2.2 高温加工技术
•   2.3 偏芯熔接技术
•   2.4 本章小结
• 3 基于七芯少模光纤的六路并行马赫泽德干涉仪研究
•   3.1 器件制备及工作原理
•   3.2 温度应力传感实验及结果分析
•   3.3 温度应力区分测量原理及实验验证
•   3.4 本章小结
• 4 基于七芯光纤的七路并行马赫泽德干涉仪研究
•   4.1 器件制备及工作原理
•   4.2 温度应力传感实验及结果分析
•   4.3 本章小结
• 5 工作总结及展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录
• 附录2 攻读硕士学位期间所获荣誉
• 附录3 缩略词汇表

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 詹旋

导师: 唐明

关键词: 光纤传感技术,多参数测量,多芯光纤,多芯少模光纤,可控偏芯熔接,集成化,多路并行马赫泽德干涉仪

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: TN256

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.000955

总页数: 60

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