基于雙錐形光纖的多模干涉型光纖傳感器的研究.pdf

1、基于多模干涉的光纖傳感器因其不易受電磁場干擾、靈敏度高、分辨率高、響應速度快、成本低、可適應許多惡劣測量環(huán)境等優(yōu)點，正在被人們越來越廣泛地應用。單模光纖-多模光纖-單模光纖(SMS)，這種結構不但結構簡單，而且機械穩(wěn)定性好，響應速度快。在SMS結構的基礎上，將中間的多模光纖拉錐后，將形成雙錐形多模干涉結構(STMS)。由于拉錐后的雙錐形光纖段直徑極細，倏逝場強，在空氣中傳輸的包層模能量較多，對外界參量十分敏感，因此利用雙錐形多模干涉結構

2、更有利于實現(xiàn)高靈敏度的傳感，可廣泛應用于傳感、數據存儲等領域，應用潛力巨大。
　　本文在多模干涉理論和自映像效應的基礎上，詳細研究了一種STMS結構的光纖傳感器，并將其應用于溫度和折射率傳感，主要進行以下幾方面的工作:
　　(1)利用柱坐標WA-BPM對多模干涉產生的光場進行計算和仿真基于多模干涉的光纖傳感器，其內部模場的計算十分復雜，現(xiàn)有的理論模型只能將其簡化為耦合系數最大的兩個模式之間的干涉。針對這種情況，本文采用了光束

3、傳播法（Beam Propagation Method，BPM）來進行數值模擬。通過計算光纖內部光場分布的數值解，得到其干涉譜，進而研究周圍環(huán)境溫度和折射率的變化對干涉譜以及特征波長的影響，探討了該結構實現(xiàn)溫度及折射率傳感的可行性。本文利用WA-BPM方法，建立了一套計算多模干涉光場分布的完整方法，從而能夠由輸入光場和光纖結構特性得到整個光纖的多模干涉光場分布情況。
　　(2)研究了一種基于多模干涉的單模-錐形多模-單模(STMS

4、)結構的新型光纖溫度傳感器基于對單模-錐形多模-單模結構(SMF-Tapered MMF-SMF Structure)的深入研究，本文提出了基于此結構的新型光纖溫度傳感器，分析了其傳感原理及其靈敏度?；贐PM方法，利用Matlab語言建立了STMS結構的仿真模型，獲得了多模干涉的光場分布，驗證了BPM數值模擬方法的正確性，并利用該模型對STMS結構的特性進行了詳盡的仿真分析。另外，由于外界環(huán)境參量可以直接地作用于STMS結構的內部光場