基于长周期光纤光栅的液体温度传感器的研究-通信与信息系统专业论文.docx

万方数据 万方数据 Dissertation Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree of Communication and Information Systems RESEARCH ON LIQUID TEMPERATURE SENSOR BASED ON LONG PERIOD FIBER GRATING by Liang Lili Supervisor: Prof. Liu Mingsheng December 2013 This work supported by National High Technology Research and Development Program (863) Project. No.2013AA014203. 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作 品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做 出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律 责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权 采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或 者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导 师 签 名： 日期： 河北工 河北工业大学硕士学位论文 摘 要 光纤光栅是一种最具备发展前景的光无源器件。长周期光纤光栅(LPFG)除具有光 纤光栅的传统优点外，还具有后向反射小，插入损耗低，阻带带宽宽，对环境变化非 常敏感等优点，所以 LPFG 在通信领域和传感领域具有广泛的应用。由于存在交叉敏 感等原因，LPFG 在温度传感方面的研究尚未得到普及和应用，因此该研究具有较高 的研究价值和实际意义。 本文利用高频 CO2 激光器在单模光纤上一次成功写制 LPFG；在大量实验基础上 研究了 LPFG 液体温度传感特性；在综合考虑增敏与去交叉敏感的基础上设计和实现 了 LPFG 液体温度传感器。 本文主要内容包括： 首先，在 LPFG 传输基本原理基础之上，结合 LPFG 形成机理经典分析和 LPFG 显微照片，推理残余应力释放、玻璃致密化、掺杂剂热扩散等内部原因导致折射率的 周期性调制，熔融变形及物理形变等外部原因导致光波导结构的改变，使得 LPFG 透 射谱在谐振波长处形成损耗峰。搭建了高频 CO2 激光器在普通单模光纤上写制 LPFG 的实验系统，仔细分析了写制过程中，激光辐射能量和轴向应力对 LPFG 写制的影响。 其次，设计和搭建了 LPFG 在空气和液体中温度传感特性测量的实验系统。由实 验结果可知，LPFG 在液体中的温度特性与在空气中的一致，均随着温度的升降，谐 振波长分别线性的向长短波长方向漂移，基本成线性关系，并且损耗峰幅值变化不 大。定义了参数 P 来衡量 LPFG 温度特性的优劣，分析了轴向应力对 LPFG 温度特性 的影响。 最后，基于光纤光栅温度传感解调的基本原理，设计了 LPFG 液体温度传感解调 实验系统，从增敏和去除交叉敏感两个角度出发，设计和实现了 LPFG 液体温度传感 器。通过大量实验可得，该 LPFG 液体温度传感器的温度误差小于 3oC。 关键字：长周期光纤光栅（LPFG） 高频 CO2 激光器 温度传感特性 参数 P 温 度解调 液体温度传感器 I 基于长 基于长周期光纤光栅的液体温度传感器的研究 II 河北工 河北工业大学硕士学位论文 ABSTRACT The fiber grating is one kind of optical passive components with broad prospects for development. In addition to traditional advantages of fiber grating, long period fiber grating (LPFG) has advantages such as small reflection performance, low insertion loss, wide stop-band bandw