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干涉型光子晶体光纤光栅传感器的设计与研究

作　者: 李希忠
导　师: 施伟华
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学工程
关键词: 光子晶体光纤 光纤光栅 耦合模理论 传输矩阵法 光纤光栅传感
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


光纤光栅作为最重要的光无源器件之一，广泛应用于光通信和光传感领域，一直是科学研究的热点课题。近年来，光子晶体光纤的研制成功和广泛应用，为光纤光栅技术的进一步发展提供了新的机遇。光子晶体光纤可以通过调整其包层空气孔层数及尺寸、占空比、晶格形状等参数改变其传输特性，可以灵活控制光子晶体光纤光栅的光谱特性，由此设计的传感器具有结构简单、设计灵活、传感灵敏度高、可研究范围广等优势。本文主要研究了基于级联光子晶体光纤长周期光栅（PCF-LPG）的干涉型传感器，文中首先介绍了光纤光栅的基本理论和计算方法，即耦合模理论和传输矩阵法；接着采用传输矩阵法仿真了级联PCF-LPG的透射谱特性，分析了光子晶体光纤、PCF-LPG结构对透射谱的影响，得到优化的PCF-LPG的结构；在此基础上，计算了级联PCF-LPG的应变传感和折射率传感特性，并分析了级联结构的设计特点。结果表明：光子晶体光纤和光栅的结构参数影响了透射峰的谐振波长和带宽；级联PCF-LPG的干涉谱同时还受到级联光栅之间的PCF长度的影响；光子晶体光纤取占空比为0.406、包层空气孔直径为4μm，包层层数取6层，级联PCF的长度取100个光栅周期，两段LPG完全相同时，优化了干涉谱特性，应变传感灵敏度达pm量级；折射率传感时级联PCF的长度取10个光栅周期，传感灵敏度达nm量级；干涉峰对应变和环境折射率的传感灵敏度分别为1.8pm /με和800nm / RIU。

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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