文档介绍：广西师范大学
硕士学位论文
长周期光纤光栅传感器研究
姓名:阮隽
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:曾庆科;秦子雄
20080401
长周期光纤光栅传感器研究
作者:阮隽指导老师:曾庆科教授秦子雄教授
学科专业:电路与系统研究方向:光通信与光器件年级:2005
摘要
长周期光纤光栅传感器是近年来发展最为迅速的新型光纤无源器件之一。由于长周期
光纤光栅是一种透射型光纤光栅,无后向反射,因此在传感测量系统中不需要使用隔离器;
同时由于长周期光纤光栅的周期相对较长,满足相位匹配条件的是同向传输的纤芯基模和
包层模之间的耦合,这一特点导致了长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化
非常敏感。因此它具有比布拉格光纤光栅更高的温度,弯曲,应力及折射率灵敏度。同时
它具有动态测量范围宽、不受电磁干扰、本质防暴、耐腐蚀、重量轻、体积小,易于复用
等系列优点,已被广泛应用于工农业实时在线传感测量,特别适用于强磁场、高辐射、腐
蚀性等危险大的环境中。长周期光纤光栅与布拉格光纤光栅的工作机理是不同的,二者工
作机理的不同决定了它们各异的性能及应用。
本论文的研究工作主要围绕长周期光纤光栅的工作机理及其传感特性展开论述。这些
内容主要有:
、分类。
。
:一,随着光波向长波方向移动,纤芯有效
折射率近似线性减小;纤芯半径和包层折射率变大,纤芯有效折射率随之变大。二,
随光波向长波方向移动及包层模式次数的增加,包层模式的有效折射率减小;纤芯半径的
变化对包层模式的有效折射率的影响较小;但包层半径的变化对包层模式的有效折射率的
影响很剧烈。三,光纤参数的变化会引起透射谱峰值的大小及位置的变化和损耗峰的分裂。
四,耦合系数在短波区对纤芯半径的变化较敏感,在长波区对包层半径的变化较敏感
,温度传感和轴向应力传感特性。在此基
础上,提出了一种将温度和应力及在包层外面涂覆薄膜相结合在一起以提高长周期光纤光
栅的温度灵敏度方案、及其补偿通信中长周期光纤光栅温度敏感性的方案并对上述方案进
行了详细的理论分析和数值计算。
5. 对三包层长周期光纤光栅理论做初步的探讨。推导出纤芯、包层、薄膜层、环境
层的场分布表达式,利用数值计算求出了包层膜的有效折射率。

关键词:长周期光纤光栅,透射谱,耦合系数,谐振波长,折射率传感,温度传感,应力
传感

I
The study on sensors based on long-period fiber
gratings
Thesis author:RuanJuan Supervisors:Pro ZengQingKe Pro QinZiXiong
Major: Circuit and System Orientation: munication and optical apparatus Grade:
2005
Abstract
Long-period fiber Grating(LPFG) sensor is one of the potential fiber devices that have been
developing quickly in recent years. The principle of transmitting light based on LPFG is that
forward transmitting mode of core couples to forward transmitting modes of cladding. So LPFG
has no backward transmitting light and it need not fix the isolator between LPFG and light
source. The resonant wavelengths and the values of wastage are more sensitive to changes of
environment because of this characteristics. Therefor it has higher sensitivity on temperature, bend,
distortion, transverse load,concentration,refractive