【摘 要】
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长周期光纤光栅（Long-period Fiber Grating,LPG）插入损耗小、无后向反射、抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高,是传感领域研究的热点。利用模式转换与双峰谐振现象所设计的LPG具有极高的灵敏度,在环境折射率传感、化学传感等方向具有良好的应用前景。本文围绕LPG优化设计进行研究,编写了适合于LPG及其镀膜结构研究的光纤光栅数值模拟程序,研究了模式转换现象和双峰谐振现象,提出了基于这两
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长周期光纤光栅（Long-period Fiber Grating,LPG）插入损耗小、无后向反射、抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高,是传感领域研究的热点。利用模式转换与双峰谐振现象所设计的LPG具有极高的灵敏度,在环境折射率传感、化学传感等方向具有良好的应用前景。本文围绕LPG优化设计进行研究,编写了适合于LPG及其镀膜结构研究的光纤光栅数值模拟程序,研究了模式转换现象和双峰谐振现象,提出了基于这两种现象的LPG优化设计方法并通过程序实现了自动优化设计。主要内容如下:（1）介绍了LP模（Linearly Polarized mode,线偏振模）理论、传输矩阵法和耦合模理论及其在LPG中的具体应用。结合计算实例分析了LPG数值模拟的计算过程和数据特点。依据分析理论和数值模拟计算过程编写了数值模拟程序,能够用于模式转换和双峰谐振的研究。（2）研究了模式转换现象的产生原因和特性,对灵敏度的影响,以及模式转换中参数的相互影响。研究了双峰谐振现象的产生原因和特性,对灵敏度的影响。为基于这两种现象的长周期光纤光栅优化设计提供了思路。（3）分析了基于模式转换和双峰谐振的LPG设计中需要优化的参数及优化顺序,给出了不同传感原理下的优化设计思路。根据优化设计思路和数值模拟程序编写了自动优化设计程序。使用程序对两个不同传感原理的实例进行优化设计,并基于程序给出的结果进行了透射谱仿真和灵敏度计算。环境折射率传感优化设计实例中,当环境折射率在1.33-1.37之间时,平均灵敏度为7475nm/RIU。镀膜参数传感优化设计实例中,当镀膜折射率在1.525-1.540之间时,平均灵敏度为21333nm/RIU。
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