论文部分内容阅读
长周期光纤光栅是指周期在几十至几百微米之间的光栅。当传输光的某一波段满足相位匹配条件时,基模的能量会耦合到包层模式之中,从而形成带阻滤波器。长周期光纤光栅具有灵敏度高、体积小、抗电磁干扰强等优点,故在传感领域应用十分广泛,可实际用于沙漠、海洋、化工等各种高危高难环境下。近年来,随着制作工艺的提升和特种光纤的出现,长周期光纤光栅的发展更加突飞猛进。相对于传统传感器而言,长周期光纤光栅在气体传感、生物传感等领域有着巨大的优势和潜力。本文主要设计并制作了裹覆石墨烯材料的少模长周期光纤光栅,并通过数值仿真和实验对其传感性能作了深入的探究分析。本文的主要内容和创新点如下:（1）全面介绍了长周期光纤光栅的起源、原理和应用。着重针对少模光纤和石墨烯裹覆两大研究热点的发展历程和研究进展作了介绍。（2）详细介绍了长周期光纤光栅的三层基础模型和四层裹覆模型。通过数值仿真,对纳米材料裹覆光纤的模式重组和少模光纤的模式转换问题进行了深层次的探究,并通过实验验证了模式转换的存在。同时,在理论上对比了少模光纤和单模光纤在温度、应变、折射率方面的传感特性。（3）通过CO2激光直写法,实际制备得到了单模、两模、四模三种不同类型的长周期光纤光栅,三种样品均有较好的成栅现象,其谐振峰峰值都在1550nm附近,透射深度均可达到20dB以上。（4）通过实验对单模、两模两种不同的长周期光纤光栅作了曲率和折射率传感对比。实验发现,两模长周期光纤光栅在曲率传感和折射率传感方面都有着更强的灵敏度特性。两模长周期光纤光栅的曲率斜率为32.80nm/m-1,灵敏度是单模光纤的1.69倍;折射率灵敏度可达231.5nm/RIU,比单模光纤的传感性能提升了46.3%。（5）利用APTES溶液,成功将石墨烯裹覆在长周期光纤光栅表面。对比裹覆前后的传感特性,发现裹覆石墨烯后的两模长周期光纤光栅有更宽的测量范围和更高的灵敏度响应。当外界折射率为1.4558时,谐振峰的蓝移量可达10.46nm之多,其折射率灵敏度为583.6nm/RIU,是裹敷石墨烯前的2.52倍。