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偏振相关光纤Mach-Zehnder干涉器件的研究及其应用

作　者: 钟川
导　师: 沈常宇
学　校:
专　业: 光学工程
关键词: 偏振相关 光纤内嵌式 Mach-Zehnder干涉仪 保偏光纤
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


干涉型光纤传感器和传统传感器相比具有灵敏度高、灵活多样、测量对象广泛等优点，在传感领域被广泛应用。本文研究和设计了一系列新型偏振相关内嵌式光纤Mach-Zehnder干涉器件，并实验验证了其在传感领域中的应用，主要研究内容有：1、系统阐述了内嵌式光纤Mach-Zehnder干涉仪的研究状况，按照制作方法对其进行了分类，对每种类型的优缺点作了简评。结合光纤模式间干涉的基本理论，研究了内嵌式光纤Mach-Zehnder干涉机理。2、提出了一种偏振相关内嵌式保偏光纤Mach-Zehnder干涉仪。通过纤芯错位法对保偏光纤高阶包层模进行均匀激发，利用保偏光纤快慢轴偏振模分量对应的纤芯模与包层模之间的干涉组成偏振相关Mach-Zehnder干涉仪，优化了其制作工艺并讨论了其优良的传感特性。3、提出了一种偏振相关内嵌式光纤Mach-Zehnder干涉型二维微位移传感器。将一段单模光纤沿保偏光纤快慢轴45o角方向错位熔接，另一段错位对接不熔接。通过监测保偏光纤快慢轴偏振模对应干涉条纹对比度随纤芯偏离程度的变化，可以测量沿保偏光纤快慢轴方向的二维微位移。实验结果表明，该传感器在快慢轴方向的灵敏度分别为-0.301dB/μm和-0.669dB/μm。在此基础之上，提出了一种新型熔锥技术，用该熔锥方法与纤芯错位技术结合获得的微位移传感器灵敏度达到-1.89dB/μm。4、提出了一种偏振相关内嵌式光纤Mach-Zehnder干涉型曲率传感器。两单模光纤均沿保偏光纤快慢轴45o角方向错位熔接。通过监测保偏光纤快慢轴偏振模所对应的干涉光谱条纹对比度变化来实现曲率传感。实验结果表明，该传感器在0-0.35m-1的测量范围内获得了0.882dB/m-1的灵敏度。同时应用差分算法后，温度变化和光源抖动对测量结果的影响分别降低了94%和91%。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目次  9-11
图清单  11-13
表清单  13-14
1 绪论  14-25
  1.1 研究背景  14
  1.2 光纤干涉测量技术  14-17
  1.3 新型内嵌式光纤Mach-Zehnder干涉仪的研究状况  17-22
    1.3.1 级联长周期光纤光栅结构  18
    1.3.2 级联拉锥结构  18-19
    1.3.3 纤芯错位结构  19-20
    1.3.4 光子晶体光纤坍塌熔接结构  20-21
    1.3.5 细芯光纤结构  21
    1.3.6 其他结构  21-22
  1.4 本论文的主要研究内容及创新点  22-25
    1.4.1 研究内容  22-23
    1.4.2 创新点  23-25
2 保偏光纤正交偏振模式干涉的基本理论  25-39
  2.1 单模光纤的偏振特性  25-31
    2.1.1 偏振光在光纤中的传输  25-28
    2.1.2 光纤中的双折射  28-30
    2.1.3 保偏光纤  30-31
  2.2 光纤中模式间干涉的基本理论  31-36
  2.3 保偏光纤中两正交模式间干涉  36-37
  2.4 本章小结  37-39
3 内嵌式保偏光纤Mach-Zehnder干涉仪的构建及偏振特性分析  39-48
  3.1 引言  39
  3.2 干涉仪的制作  39-45
    3.2.1 纤芯错位法  39-40
    3.2.2 保偏光纤Mach-Zehnder干涉仪的制作  40-45
  3.3 光纤干涉仪中的偏振问题  45-47
  3.4 本章小结  47-48
4 偏振相关内嵌式光纤Mach-Zehnder干涉型二维微位移传感器的设计35  48-62
  4.1 引言  48
  4.2 传感器设计及传感原理  48-57
    4.2.1 实验装置  48-49
    4.2.2 传感原理  49-53
    4.2.3 实验结果与讨论  53-57
  4.3 一种新型光纤熔锥Mach-Zehnder干涉仪的设计  57-60
    4.3.1 一种新型光纤熔锥技术  57-59
    4.3.2 一种基于新型熔锥的Mach-Zehnder干涉仪  59-60
  4.4 本章小结  60-62
5 偏振相关内嵌式光纤Mach-Zehnder干涉型曲率传感器的设计  62-74
  5.1 引言  62-63
  5.2 传感器设计及传感原理  63-68
    5.2.1 实验装置  63-65
    5.2.2 传感原理  65-68
  5.3 实验结果与讨论  68-73
  5.4 本章小结  73-74
6 总结与展望  74-76
  6.1 总结  74-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-82
作者简历  82-84

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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