光子晶体光纤长周期光栅的特性

将修正的矢量等效折射率模型和耦合模理论相结合,系统地研究了光子晶体光纤长周期光栅(PCFLPG)的特性.验证了光子晶体光纤长周期光栅的双谐振峰特性;定量地研究了光子晶体光纤结构参数如空气孔间距、相对孔径比和光栅参数如光栅周期、光栅长度、折射率调制深度和光栅啁啾量对光栅谐振峰强度和谐振波长的影响.研究结果为光子晶体光纤长周期光栅在光纤通信、光纤传感等方面的应用提供了理论依据.     

光栅参数对折射率剖面非均匀取样光纤光栅的影响

利用传输矩阵法,数值分析了光栅参数对折射率剖面非均匀的均匀光纤光栅及取样光纤光栅的透射谱、偏振关系损耗和偏振模色散的影响。计算结果表明,均匀光纤光栅的光栅条纹可见度及光栅周期对其偏振关系损耗和偏振模色散影响很大;改变取样光纤光栅的取样周期及光栅段长度,透射谐振峰的幅度、偏振关系损耗和偏振模色散的最大值均随取样光纤光栅长度的增加而递增。与靠近中心波长的谐振峰相比,折射率剖面非均匀导致的双折射对取样光纤光栅远离中心波长的谐振峰的影响较小。     

长周期光纤光栅温度传感性能分析

长周期光纤光栅的谐振波长与温度的变化基本呈线性关系,线性拟合的标准差可以表示长周期光纤光栅损耗峰对应波长的波动性。提出了一种初步衡量长周期光纤光栅的温度传感性能优劣的方法,即用长周期光纤光栅温度灵敏度与拟合标准差的比值P的大小来判断长周期光纤光栅的温度传感性能优劣。大量的实验数据证明,长周期光纤光栅温度传感特性的优劣与参数P的大小是一致的,即P值越大则长周期光纤光栅的温度传感特性越好,P值越小则长周期光纤光栅的温度传感特性越差。     

长周期光纤光栅单损耗峰实现轴向应变和温度双参量

由于长周期光纤光栅进行传感时存在温度交叉敏感的问题,因此,提出了一种长周期光纤光栅单损耗峰实现温度与轴向应变双参量同时传感的方案。实验制备长周期光纤光栅并分析光栅损耗峰随温度和轴向应变变化的特性：温度导致光栅中心波长漂移,温度灵敏度为90 pm/℃,但是对强度几乎没有影响;轴向应变主要影响光栅的强度,轴向应变灵敏度为12 dB/mε,对中心波长影响较小。实验结果表明,利用长周期光纤光栅单损耗峰从波长漂移和强度变化两个维度进行分析,可以实现温度、轴向应变的双参量同时传感。该方案结构简单,迟滞、重复特性好,具有一定的实际应用价值。     

弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器的研究

为了研究弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器谐振波长漂移量与光栅弯曲形变的关系,采用耦合模理论和计算机模拟方法进行了理论计算和仿真研究,推导出弯曲光子晶体光纤长周期光栅谐振波长表达式,设计了一般弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器系统模型,分析了弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器的基本工作原理,并计算了长周期光子晶体光纤光栅弯曲曲率、光栅有效折射率和谐振波长与弯曲应变的关系。结果表明,随着光栅弯曲形变的增加,光栅的曲率会增加,光栅传感器的谐振波长漂移量会增加,光栅每发生1变化,光栅谐振波长的漂移量变化0.014nm。     

基于长周期光纤光栅对超声波检测的研究

提出了用长周期光纤光栅(LPG)来实现对超声波的检测,分别研究了改变超声波的电压幅度、频率和持续时间对长周期光纤光栅谐振波长和谐振幅值的影响.实验结果表明,超声波的电压幅度和光纤光栅的谐振波长与超声波幅度成线性关系,超声波的频率和持续时间对谐振波长的影响非常小,因此,通过观察长周期光纤光栅谐振波长的移位可得到相应的超声场的参数.长周期光纤光栅传感器作为探测超声波的一项新型技术,具有可行性和一定的研究价值.     

新型长周期光纤光栅的扭曲特性研究

发现高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅（LPFG）具有独特的扭曲特性：1）扭曲特性具有明硅的扭曲方向相关性——顺时针扭曲时谐振波长发生“红”移，逆时针扭曲时谐振波长发生“蓝”移，无论顺时针还是逆时针扭曲损耗峰幅值都近似线性减小；2）若被扭曲的光纤比被扭曲的长周期光纤光栅长得多，则扭曲时长周期光纤光栅谐振波长和幅值的变化出现周期性的起伏。利用扭曲光栅引起椭圆双折射进而导致偏振态变化的相关理论合理解释了这些独特的扭曲特性。     

用单一倾斜光纤光栅实现曲率和温度的同时测量

基于单个倾斜光纤光栅(TFBG)提出了一种实现双参量曲率和温度同时测量的方法.研究发现,当弯曲方向与光栅栅面成一定角度时,倾斜光纤光栅的纤芯模偕振波长对弯曲不敏感而随外界温度变化线性漂移;低阶包层模谐振峰透射功率随曲率的增加而线性减小且对温度变化不敏感.由此特性提出了用单个倾斜光纤光栅的纤芯模谐振波长和低阶包层模谐振峰透射功率,分别实现对两个参量温度和曲率进行同时独立测量的传感器设计方案,该方法有望解决光纤光栅在测量中存在的温度和弯曲之间的交叉敏感问题.     

长周期光纤光栅液体温度传感特性研究

从长周期光纤光栅温度传感特性的基本原理入手,分析了长周期光纤光栅在液体环境中的温度传感特性,并对其在液体溶液中和空气中的温度特性进行了对比实验研究。实验结果表明,长周期光纤光栅在液体中的温度特性与在空气中的一致,均随着温度的升高,谐振波长向长波长方向漂移,温度降低时,谐振波长向短波长方向漂移,且基本成线性关系。在30℃到90℃范围内,液体环境温度灵敏度约为0.079nm/℃,损耗峰幅值波动不超过2.3dB。     

机械感生可调谐长周期光纤光栅的特性研究

在耦合模理论分析的基础上,利用机械线加工技术设计周期性压力槽,基于机械感生原理写制了可调谐长周期光纤光栅(LPFG)。设计周期性压力槽的周期为600μm,周期数60,长周期光纤光栅最大谐振峰值损耗可达18 dB,通过改变压力槽与光纤之间的夹角实现了谐振波长可调范围不小于12 nm,并实验研究了LPFG的压力和温度特性。制作的长周期光纤光栅具有谐振波长和峰值损耗均可调谐、成本低以及可擦除等优点。