阶梯型单模光纤中的受激布里渊散射传感特性

论文摘要

近年来,分布式光纤传感器(Distributed Optical Fiber Sensors,DOFS)备受关注,它广泛应用在土木结构、环境监测、航空航天等领域,特别适用于作业空间受限的环境。该类传感器具有测量精度高、误差小、寿命长等优点。基于受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)的分布式光纤传感器能够同时测量温度、应变两个参数,但在温度与应变同时传感测量上存在交叉敏感的问题,难以提高测量精度。本论文对阶梯型单模光纤的受激布里渊散射进行了理论研究,并对其应用于温度与应变同时传感的特性进行了系统分析。论文主要内容如下:1.针对锗/氟(Ge/F)掺杂阶梯型单模光纤,基于受激布里渊散射理论,系统研究光纤中Ge和F的掺杂浓度及纤芯结构对其布里渊增益谱(Brillouin Gain Spectrum,BGS)的影响。2.通过优化设计阶梯型折射率分布单模光纤的结构,使布里渊增益谱中L01声学模式和L03声学模式对应的布里渊频移(Brillouin Frequency Shift,BFS)差值达到436MHz,且其布里渊增益处于同一个数量级。3.采用优化设计的阶梯型折射率分布单模光纤进行温度和应变的同时传感,通过分析不同声学模式的温度系数和应变系数,得到其最大应变误差为23.4με,最大温度误差为0.74℃。4.系统研究了掺杂光纤中纵向声学速率与温度变化量和应变变化量的关系。线性拟合得到纵向声学速率与应变、温度的关系式,并验证了该关系式。本文的研究工作对于单模光纤中受激布里渊散射的分析、基于受激布里渊散射的传感应用及光纤结构的设计及优化具有一定的指导意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 基于受激布里渊散射的研究现状
•     1.2.2 同时测量温度及应变的研究现状
•   1.3 论文主要内容与结构安排
• 2 布里渊散射理论
•   2.1 布里渊散射概念
•   2.2 光纤中光学模式及声学模式的求解
•     2.2.1 光学模式标量波动方程求解
•     2.2.2 声学模式标量波动方程求解
•   2.3 声光耦合及布里渊增益谱
•   2.4 本章小结
• 3 阶梯型单模光纤的布里渊增益特性
•   3.1 阶梯型单模光纤的结构
•   3.2 阶梯型单模光纤的布里渊增益谱
•   3.3 掺杂浓度及纤芯半径对布里渊增益谱的影响
•     3.3.1 掺Ge和掺F的浓度对布里渊增益谱的影响
•     3.3.2 纤芯层半径值对布里渊增益谱的影响
•   3.4 优化阶梯型单模光纤的布里渊增益谱
•   3.5 本章小结
• 4 基于受激布里渊散射特性的传感应用
•   4.1 光纤传感器
•   4.2 优化阶梯型单模光纤中温度和应变的同时传感
•   4.3 纵向声学速率与温度及应变变化量的关系
•   4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周安冉

导师: 任国斌

关键词: 分布式光纤传感器,受激布里渊散射,同时测量温度及应变,纵向声学速率

来源: 北京交通大学

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: 北京交通大学

分类号: TN253;TP212

总页数: 70

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