基于長(zhǎng)周期光纖光柵偏振特性的環(huán)境折射率傳感研究.pdf

1、本文首先根據(jù)光纖三層介質(zhì)模型和長(zhǎng)周期光纖光柵（LPFG）全矢量耦合模方程的理論分析，針對(duì)纖芯存在光致雙折射的LPFG，利用其輸出光的偏振態(tài)的斯托克斯參數(shù)與環(huán)境折射率（SRI）的關(guān)系，提出兩種SRI測(cè)量的新方法。一種是基于LPFG偏振特性的單一波長(zhǎng)SRI傳感測(cè)量方法，另一種是基于LPFG偏振特性的多波長(zhǎng)SRI測(cè)量方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?。?）傳統(tǒng)的基于LPFG的SRI傳感器需要使用寬帶光源，用來(lái)追蹤隨著SRI的改變而發(fā)生

2、的諧振波長(zhǎng)的偏移。為了增加一種使用可調(diào)諧激光光源進(jìn)行傳感測(cè)量的方法，并且使得測(cè)量曲線獲得較大的線性范圍，本文針對(duì)纖芯存在光致雙折射的LPFG，提出一種測(cè)量SRI的方法。利用LPFG全矢量耦合模方程，分析了輸出光偏振態(tài)的斯托克斯參數(shù)與SRI的關(guān)系。從入射光波參數(shù)和LPFG參數(shù)兩個(gè)方面分析此測(cè)量方法，分析表明：波長(zhǎng)范圍為1690nm-1710nm的任意完全偏振光波入射包層半徑為20.75μm的薄包層LPFG，其纖芯模式與一階三次包層模式發(fā)生

3、耦合，在SRI1到1.46范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性傳感特性，其探測(cè)靈敏度為0.02588/RIU（RIU為單位折射率）。本研究結(jié)果可進(jìn)一步應(yīng)用于SRI1到1.33范圍內(nèi)的濕度和氣體折射率測(cè)量。
　?。?）對(duì)于現(xiàn)有的利用可調(diào)諧激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感測(cè)量的方法以及傳統(tǒng)的LPFG傳感器測(cè)量方法，其SRI的線性測(cè)量范圍通常是1.32到1.46，線性范圍小，為了使測(cè)量曲線獲得較大的線性范圍，本文利用全矢量耦合模方程提出并分析了一種基于纖芯存在光致雙折

4、射的LPFG的單波長(zhǎng)SRI傳感測(cè)量方法。波長(zhǎng)約為L(zhǎng)PFG諧振波長(zhǎng)的完全偏振光作為入射光波，通過(guò)分析不同SRI下輸出光的偏振態(tài)在邦加球上與參考點(diǎn)(對(duì)應(yīng)于SRI=1)間球面距離的變化可以測(cè)量SRI。分析表明在SRI1到1.30范圍內(nèi)，包層半徑為20.75μm的LPFG傳感器具有良好的線性特性和較高的靈敏度0.356/RIU，其有別于已有的LPFG傳感器，可應(yīng)用于濕度和氣體的折射率測(cè)量，為進(jìn)一步利用纖芯存在光致雙折射的LPFG偏振特性進(jìn)行傳感