学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

空心光纤中的多模干涉及在折射率传感中的应用

作　者: 张晨亮
导　师: 李恩邦
学　校: 天津大学
专　业: 物理电子学
关键词: 多模干涉空心光纤折射率传感光束传播法(BPM)
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 93次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

基于多模干涉原理的光纤传感器在近几年迅速发展,较之传统光纤传感器件,其结构简单、设计灵活、灵敏度高、可研究范围广等诸多优势,使之在众多领域得到广泛应用。本文主要研究了一种新型的基于多模干涉的空心光纤折射率传感器。文中首先介绍了此种传感器的基本理论,即多模干涉原理、倏逝波理论。接着给出空心光纤光场分布及传感原理。由于理论模型无法得到光纤内部光场分布的精确解析解,故使用BPM数值模拟的方法进行了分析实验。当最后进行实验时,即进行了外界溶液折射率的测量,又检测了温度对本系统的影响及不同物质溶液的情况。本文的工作内容和创新点在于:(1)通过研究空心光纤中光传播、衰减情况,给出空心光纤进行溶液折射率传感理论依据,从理论上验证了应用此种结构与折射率传感的可行性。(2)从多模干涉原理出发,创新性地提出单模光纤+多模光纤+空心光纤+多模光纤+单模光纤(即SMHMS)结构光纤折射率传感器。这种结构的光纤传感器以空心光纤中的多模干涉作为基础,通过外界溶液折射率的变化,影响了空心光纤的倏逝波,从而引起多模干涉情况的改变,使得光波能量重新分配,进而起到折射率传感的作用。空心光纤取代了以往的光子晶体光纤,使得传感器制作工艺简化,成本大幅下降,为折射率传感领域注入了新的活力。(3)利用BPM软件完成对SMHMS结构光纤折射率传感器的数值模拟,直观的给出光纤中光场的分布情况,确定了可以进行溶液折射率测量的光纤结构。为接下来的实验奠定了基础。(4)进行实验,充分验证了理论分析及数值模拟的正确性。同时进行了温度传感和系统稳定性、灵敏度等特性的分析,确保研究的完备性。接下来对同一折射率下不同物质溶液的测量及分析,完善了传感器功能,为以后的研究提供了坚实的基础。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 光纤传感器的发展历史  8-9
  1.2 折射率传感器概述  9-10
  1.3 多模干涉光波导器件简介  10-11
  1.4 本课题研究的基础和工作内容  11-12
第二章光纤传感器  12-18
  2.1 光纤传感器概述  12
  2.2 光纤传感器的原理及分类  12-14
  2.3 光纤传感器的特点  14
  2.4 光纤传感器的应用  14-16
  2.5 光纤传感器的发展趋势  16-18
第三章多模干涉及倏逝波理论  18-26
  3.1 多模干涉理论  18-20
    3.1.1 多模干涉原理  18-19
    3.1.2 理论分析  19-20
  3.2 倏逝波理论  20-26
    3.2.1 倏逝场的产生  20-23
    3.2.2 光纤中的倏逝波  23-24
    3.2.3 倏逝场的分布  24-26
第四章空心光纤传感  26-33
  4.1 空心光纤中的LP_(01) 模场分布  26-28
  4.2 空心光纤传感  28-30
  4.3 空心光纤的传输损耗  30-33
第五章 BPM 数值模拟  33-44
  5.1 光束传播法概述  33-34
  5.2 FD-BPM 原理简介  34-38
    5.2.1 基本理论  34-36
    5.2.2 边界条件  36
    5.2.3 培德近似算符计算宽角度BPM  36-38
  5.3 数值模拟过程及结果  38-44
    5.3.1 光纤参数的选择  38-40
    5.3.2 模拟实验结果  40-44
第六章实验研究  44-55
  6.1 实验装置  44-46
  6.2 温度测量  46-48
  6.3 溶液折射率测  48-53
    6.3.1 实验过程及结果  48-50
    6.3.2 实验分析  50-53
  6.4 同一折射率下不同物质的测量  53-55
第七章总结与展望  55-57
参考文献  57-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

空心光纤中的多模干涉及在折射率传感中的应用

内容摘要

全文目录

相似论文