光纖加速度傳感器系統(tǒng)研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-15 19:53 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的地方，如它的傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制，使得測(cè)量信號(hào)不會(huì)受到光纖連接或彎曲損耗，光源起伏等因素的影響；能夠避免相位測(cè)量中的不清晰和需要固定參考點(diǎn)，適合作為分布式傳感元件埋入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部壓力，溫度，應(yīng)變等的測(cè)量。本章首先分析了光纖Bragg光柵的傳感基理，然后再介紹了光纖Bragg光柵的制作工藝。 在1978年，加拿大渥太華研究中心的hill等人首次觀察到摻鍺石英光纖中的光敏效應(yīng)，并采用駐波寫入法制成第一只光纖光柵，形成光纖光柵。使得光纖光柵的制作技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。光纖光柵是近幾年來發(fā)展最快的光纖無(wú)源器件之一，具有全光纖結(jié)構(gòu)，高反射損耗，低插入損耗等優(yōu)點(diǎn)，使得它在光纖通信和光纖傳感等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，就其本質(zhì)講是由于光纖芯區(qū)折射率周期性的變化，使得光纖波導(dǎo)的條件發(fā)生改變，進(jìn)而會(huì)使一定波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的模式產(chǎn)生耦合，導(dǎo)致反射光譜和投射光譜對(duì)該波長(zhǎng)出現(xiàn)奇異性。光纖光柵分為均勻周期光纖光柵和非均勻光纖光柵，均勻周期光纖光柵的光學(xué)周期沿軸向保持不變，主要有光纖Bragg光纖光柵，長(zhǎng)周期光纖光柵和傾斜光纖光柵這三類，非均勻光纖光柵的柵格周期折射率調(diào)制深度不為常數(shù)或沿光纖軸向不均勻，它主要有相位光纖光柵，啁啾光纖光柵，取樣光纖光柵和變跡光纖光柵等。光纖Bragg光纖光柵是目前應(yīng)用比較廣泛的一種光纖光柵，光柵的柵格周期一般為100nm量級(jí)，光纖的軸向與光柵的波矢方向一致，這種光柵具有較高的反射率和較窄的反射譜，它的反射率和反射帶寬可以通過改變寫入條件來加以調(diào)節(jié)和控制。該光柵具有良好的應(yīng)變靈敏度和溫度特性，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，在光纖傳感，光信息處理，光纖通信，光計(jì)算等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。光纖Bragg光纖光柵的結(jié)構(gòu)如圖21所示。 圖21 光纖Bragg光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖要解釋光纖Bragg光柵的光學(xué)特性，首先從模式耦合理論出發(fā)，它可以定量分析光纖Bragg光柵的衍射效率和光譜特性。光纖Bragg光柵的折射率分布如下：在光柵長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖小段內(nèi)制成周期為的光柵，而在未寫入光纖前，纖芯的折射率為n1，半徑是a1，而包層的折射率為n2；光纖光柵寫入后，在周期性結(jié)構(gòu)中所引起的折射率在纖芯內(nèi)的微擾可改寫成： （21）紫外光引起折射率的變化，在大多數(shù)光纖中可近似為纖芯的變化，在纖芯外的可以忽略不計(jì)。則均勻光纖光柵的折射率分布為： （22） 根據(jù)耦合模理論，通過對(duì)場(chǎng)得微擾獲得了光纖光柵中的傳輸方程。在理想光纖波導(dǎo)中，光場(chǎng)的橫向模場(chǎng)可寫為：（23）式中，和分別為沿+Z和Z方向傳播的第m個(gè)模的慢變振幅，傳播常數(shù)為，橫向振幅可以是纖芯包層模，束縛模或輻射LP模。在理想導(dǎo)波情況下，這些模式相互正交，所以模式之間不會(huì)進(jìn)行能量交換，但是有介電微擾時(shí)，會(huì)使得第m個(gè)模的和會(huì)在z軸方向上產(chǎn)生能量耦合，耦合服從以下公式： (24) (25)式中， 為是第m個(gè)模和第q個(gè)模之間的橫向耦合系數(shù)： (26)其中，是介電常數(shù)的微擾量，當(dāng),近似為，對(duì)于光纖中的模式來說，通常縱向耦合系數(shù)，
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