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基于双芯光纤的集成式干涉仪及其应用研究

作　者: 张艳辉
导　师: 苑立波
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: 双芯光纤干涉仪折射率传感器滤波器
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文对基于双芯光纤的集成式干涉仪及其应用进行了探索性研究。基于耦合模理论建立了具有普遍应用意义的双芯光纤理论模型，对双芯光纤的传输特性进行详细的理论分析，并计算了两个纤芯的传输常数及纤芯之间的横向耦合系数。基于标准单模光纤与双芯光纤之间的熔融拉锥耦合技术，利用实验室自行设计并拉制的两种不同结构的双芯光纤，分别制作了集成式光纤Michelson干涉仪和Mach-Zehnder干涉仪，并针对这两种干涉仪的干涉机理进行系统的理论分析。分别在传感领域和通信领域对这两种集成式干涉仪的应用进行了研究。首先，研究了基于非对称双芯光纤的Michelson干涉仪在传感领域的应用。利用非对称双芯光纤两个纤芯的有效折射率对外界环境的响应不同这一特性，将集成式光纤Michelson干涉仪用于液体折射率的测量，并分别对传感器的传感特性进行了理论仿真和实验研究。其次，研究了基于对称双芯光纤的Mach-Zehnder干涉仪在通信领域的应用。利用两个Mach-Zehnder干涉仪级联，得到了集成式可调谐滤波器。根据干涉理论，在分析单个Mach-Zehnder干涉仪传输特性的基础上，对级联后的干涉仪的传输特性进行详细的理论分析，并对滤波器的输出谱进行理论仿真，分析其滤波特性。分别改变两个干涉仪的光程差，对不同的输出谱进行实验测量，最终得到波长连续可调且调谐范围较大的滤波器。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 光纤折射率传感器的研究动态与应用前景  9-13
    1.2.1 基于一个 FBG 或 LPFG 的折射率传感器  10-11
    1.2.2 基于一对 LPFG 的折射率传感器  11-12
    1.2.3 基于光纤锥的折射率传感器  12-13
  1.3 光纤滤波器的研究动态与应用前景  13-15
    1.3.1 基于 FBG 的光纤滤波器  14
    1.3.2 基于 LPFG 的光纤滤波器  14-15
    1.3.3 基于多模干涉的光纤滤波器  15
  1.4 本文的研究意义与工作内容  15-17
第2章双芯光纤的传输特性  17-26
  2.1 单芯单模光纤的传输特性  17-19
  2.2 存在波导耦合的双芯光纤传输特性  19-22
  2.3 波导耦合中的参数计算  22-24
    2.3.1 传输常数β的计算  22-23
    2.3.2 横向耦合系数k的计算  23-24
  2.4 无波导耦合的双芯光纤传输特性  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章双芯光纤集成式干涉仪的原理及其制作  26-36
  3.1 基于单模光纤耦合器的传统干涉仪  26-29
    3.1.1 单模光纤耦合器的制作  26-27
    3.1.2 基于单模光纤耦合器的 Michelson 干涉仪  27-28
    3.1.3 基于单模光纤耦合器的 Mach-Zehnder 干涉仪  28-29
  3.2 基于双芯光纤的集成式干涉仪  29-30
  3.3 集成式干涉仪的制作  30-35
    3.3.1 集成式干涉仪的制作系统  30-33
    3.3.2 干涉谱的测量  33-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章基于非对称双芯光纤 Michelson 干涉仪的折射率传感器  36-48
  4.1 折射率传感器的实验结构  36-38
    4.1.1 光路结构与传感原理  36-38
    4.1.2 传感头的制作  38
  4.2 理论分析  38-43
  4.3 实验研究  43-46
    4.3.1 不同自由谱宽的传感头对折射率的测量研究  44-46
    4.3.2 不同包层厚度的传感头对折射率的测量研究  46
  4.4 本章小结  46-48
第5章基于 Mach-Zehnder 干涉仪的可调谐滤波器  48-61
  5.1 可调谐滤波器的系统结构  48-49
  5.2 理论分析  49-57
    5.2.1 基于对称双芯光纤 Mach-Zehnder 干涉仪的传输特性  49-52
    5.2.2 两个 Mach-Zehnder 干涉仪串联的传输特性  52-57
  5.3 实验研究  57-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-69
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  69-70
致谢  70

基于双芯光纤的集成式干涉仪及其应用研究

内容摘要

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