论文部分内容阅读
光纤光栅作为一种新型的无源器件,自出现起便因其体积小、重量轻、抗电磁干扰、可复用,与光纤无缝耦合等优势被广泛应用于光纤通信领域与光纤传感领域中。倾斜光纤光栅(TFBG)作为光纤光栅家族中的新兴成员,因其光栅栅面波矢与纤芯轴向呈一定夹角的特殊结构引起了广泛关注。本文首先介绍了当前国内外光纤布拉格光栅(FBG)传感器及倾斜光纤光栅(TFBG)的研究现状,而后以TFBG为研究对象,对不同角度下具体的模式耦合方式、透射谱特性及传感特性进行了理论分析、仿真与实验研究,并提出了一种基于半导体光放大器(SOA)激光谐振放大的光纤传感结构,获得的主要成果如下:1.基于TFBG的特殊结构,提出了不同光栅倾角时TFBG中模式的具体耦合方式,根据耦合模方程对不同角度TFBG的耦合模方程与相位匹配条件进行了推导和整理。同时对小角度TFBG透射谱及其主要影响因子(光栅倾角、光栅周期、光栅长度、折射率调制深度)进行了仿真研究,得到小角度TFBG的透射谱具体特性。2.分析了TFBG对外界温度、所受纵向应力及外界环境折射率(SRI)的传感原理,并对不同角度下TFBG的传感方程进行了推导与整理。对小角度TFBG的对温度、纵向应力及SRI传感进行了仿真研究,得到小角度TFBG对这三个参量的传感特性。3.对81oTFBG的传感特性进行了实验研究,测得不同阶的包层模式、不同光偏振态时81oTFBG对温度、纵向应力、横向负载及SRI有不同的传感灵敏度,对结果进行了比较与分析,为具体的传感应用提供了参考。4.提出了一种基于SOA激光谐振放大的光纤传感结构,利用谐振腔自激振荡临界点完成传感参量的检测。对该传感结构进行了理论分析、仿真及实验验证,通过实验发现该结构能够将待传感参量的变化放大10200倍进行检测,具有极高的灵敏度,可以有效解决传感中常见的灵敏度偏低问题。此外对该传感结构性能进行进一步研究发现,该结构不存在迟滞且有较好的重复性,同时具有体积小、易集成、解调成本低等特点,具有广泛的应用前景。