基于光子晶體光纖傳感系統(tǒng)的研究.pdf

1、自1996年光子晶體光纖(PCF)問世以來(lái)，在過(guò)去的十幾年里，光子晶體光纖在非線性光學(xué)、光電子學(xué)以及光通信等眾多領(lǐng)域取得了令人矚目的成就。光子晶體光纖理論分析和拉制方法不斷改進(jìn)，各種新型結(jié)構(gòu)和特性的光子晶體光纖也不斷涌現(xiàn)了出來(lái)，其中光子晶體光纖作為光纖光電子器件研究成為了焦點(diǎn)，尤其是基于光子晶體光纖的傳感器件研究在國(guó)內(nèi)外備受關(guān)注。
　　本課題的研究?jī)?nèi)容主要來(lái)自于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于高非線性光纖的新型光纖光學(xué)參量振蕩器”(61

2、007029)，浙江省公益性應(yīng)用研究項(xiàng)目“基于新型光纖的液壓傳感技術(shù)研究”(2011C21038)和“乳品廠牛奶成分快速監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的開發(fā)”(2011 C22051)中的內(nèi)容。本文提出了一種基于雙芯光子晶體光纖(DC-PCF)的干涉型傳感器，在對(duì)該光子晶體光纖傳感器的制作方法，傳感原理以及光學(xué)特性等內(nèi)容的研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)進(jìn)行了將該傳感器應(yīng)用到液壓、應(yīng)力以及分布式應(yīng)力傳感的實(shí)驗(yàn)研究上。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)雙芯光子晶體光纖傳

3、感器的制作。該傳感器所用到的雙芯光子晶體光纖是由我們光纖小組的老師和同學(xué)做了相關(guān)的設(shè)計(jì)和模擬工作，再與香港理工大學(xué)合作拉制出來(lái)的。在傳感器制作方面，通過(guò)改變相應(yīng)熔接參數(shù)，我們成功的將一段光子晶體光纖的兩端與單模光纖熔接在了一起，在與寬帶光源(ASE)和光譜儀(OSA)連接后，得到了傳輸損耗8～10d，消光比6～8dB的馬赫曾德(M-Z)干涉譜圖，為接下來(lái)的傳感實(shí)驗(yàn)打好了基礎(chǔ)。
　　2)基于雙芯光子晶體光纖傳感器液壓和應(yīng)力實(shí)驗(yàn)研究。

4、首先我們自行搭建了可調(diào)液壓范圍0～20MPa和微應(yīng)力范圍0～1500με的液壓和微應(yīng)力的傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，基于上述傳感器形成的馬赫曾德干涉，我們制作了干涉臂長(zhǎng)度為2cm的雙芯光子晶體光纖傳感器，分別應(yīng)用到液壓和微應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)獲得了干涉臂長(zhǎng)度2cm時(shí)傳感器微應(yīng)力靈敏度為1.4pm/με，液壓靈敏度為-41p m/MP。為了研究干涉臂長(zhǎng)度對(duì)傳感器靈敏度的影響，我們對(duì)4cm的DC-PCF傳感器進(jìn)行了微應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，獲得1.9 pm/με的微應(yīng)力

5、靈敏度，得到隨著干涉臂長(zhǎng)度的增加傳感器的應(yīng)力靈敏度會(huì)增大的結(jié)論。
　　3)基于雙芯光子晶體光纖傳感器分布式傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。我們根據(jù)傳感器所形成的M-Z干涉，提出了利用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)波分復(fù)用的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式傳感，由于AWG各個(gè)通道中心波長(zhǎng)會(huì)隨溫度變化而漂移，其漂移量約為10～1 pm/℃，干涉峰在0～15MPa的液壓下波峰漂移量為0.6nm，所以我們將多個(gè)雙芯光子晶體光纖傳感器與AWG相應(yīng)的通道連接，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)AWG進(jìn)行