双空芯光纤的传感特性研究

论文摘要

光纤传感器由于抗电磁干扰、空间小、精度高等诸多优点,在国防军事、石油化工、人工智能等许多领域应用广泛。内部有空气孔的特种光纤,比如光子晶体光纤、空芯光纤等,在制成特殊结构的传感器时可以实现新特性,从而改善传感器的性能。双空芯光纤是由石英包层及两个对称的空气孔构成,光从单模光纤直接进入双空芯光纤的包层,将激发出多阶模式,在出射端形成多模干涉效应,从而能够实现折射率、温度及曲率等的传感,在很多领域都具有应用价值。本论文对于双空芯光纤的传感特性进行了理论和实验研究,主要工作如下:首先,阐述了光纤中光波传输的基本理论和分析方法,通过仿真给出双空芯光纤内部的模场;设计了双空芯光纤与单模光纤连接的传感器结构,仿真分析双空芯光纤中以及与单模光纤连接处的光场传输情况,并对宽带透射谱进行分析。之后,开展了基于双空芯光纤传感器的折射率传感的仿真与实验工作。设计了三个具有不同长度双空芯光纤的传感器,分别进行折射率传感的仿真分析和实验测量,并进行传感性能对比。实验结果表明,该双空芯光纤的传感器具有很高的折射率传感灵敏度,在折射率区间为1.43-1.445内最高可达到1351 nm/RIU,在低折射率区间表现出线性响应,在高折射率区间则具有非线性响应。最后,开展了双空芯光纤传感器的温度及曲率传感特性研究。通过对温度传感的仿真分析和实验测量,发现该传感器在30-80℃内对于温度具有不敏感性。曲率传感实验表明,该传感器具有较高的曲率灵敏度及线性度,测量得到的灵敏度为-101.487 nm/m-1。本文设计的双空芯光纤传感器具有结构简单、灵敏度高、温度不敏感等优点,在折射率传感及曲率传感领域具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 课题背景与意义
•   1.2 光纤传感器概述
•   1.3 基于多模干涉的光纤折射率传感器研究现状
•     1.3.1 光纤光栅传感器
•     1.3.2 多模光纤传感器
•     1.3.3 单模光纤传感器
•   1.4 空气孔规则分布的光纤传感器研究现状
•     1.4.1 光子晶体光纤传感器
•     1.4.2 空芯光纤传感器
•     1.4.3 双空气孔光纤传感器
•   1.5 本论文主要研究内容
• 第二章 光纤中光波传输原理
•   2.1 光纤基本结构
•   2.2 光波传输基本原理
•     2.2.1 几何光学分析法
•     2.2.2 波动光学分析法
•   2.3 双空芯光纤的模场
•   2.4 本章小结
• 第三章 双空芯光纤传感器仿真研究
•   3.1 传感器结构
•   3.2 传感器中传输的光场
•   3.3 透射光谱仿真分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 双空芯光纤折射率传感仿真与实验研究
•   4.1 折射率传感实验系统
•   4.2 折射率传感仿真和实验
•   4.3 宽带光谱的折射率传感实验
•   4.4 本章小结
• 第五章 双空芯光纤温度与曲率传感研究
•   5.1 温度传感仿真与实验
•   5.2 曲率传感实验
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 修艳丽

导师: 王葵如

关键词: 双空芯光纤,折射率传感,温度传感,曲率传感

来源: 北京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 北京邮电大学

分类号: TN253;TP212

总页数: 62

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