干涉型光子晶体光纤光栅传感器的设计与研究-光学工程专业论文.docxVIP

南 京 邮 电 大 学 硕士学位论文摘要 学科 、专业：工学 光学工程 研 究 方 向：光通信与光信息处理 作 者： 2009 级 研究生 李希忠 指 导 教 师：施伟华 副教授 题 目：干涉型光子晶体光纤光栅传感器的设计与研究 英 文 题 目：Study Design of the Interferometric PCF Grating sensor 主 题 词：光子晶体光纤，光纤光栅，耦合模理论，传输矩阵法，光 纤光栅传感 Keywords: Photonic Crystal Fiber, Fiber Grating, Coupled Mode Theory, Transfer Matrix Method, Fiber Grating Sensor 南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 I I 摘 要 光纤光栅作为最重要的光无源器件之一，广泛应用于光通信和光传感领域，一直是科学 研究的热点课题。近年来，光子晶体光纤的研制成功和广泛应用，为光纤光栅技术的进一步 发展提供了新的机遇。光子晶体光纤可以通过调整其包层空气孔层数及尺寸、占空比、晶格 形状等参数改变其传输特性，可以灵活控制光子晶体光纤光栅的光谱特性，由此设计的传感 器具有结构简单、设计灵活、传感灵敏度高、可研究范围广等优势。 本文主要研究了基于级联光子晶体光纤长周期光栅（PCF-LPG）的干涉型传感器，文中 首先介绍了光纤光栅的基本理论和计算方法，即耦合模理论和传输矩阵法；接着采用传输矩 阵法仿真了级联 PCF-LPG 的透射谱特性，分析了光子晶体光纤、PCF-LPG 结构对透射谱的 影响，得到优化的 PCF-LPG 的结构；在此基础上，计算了级联 PCF-LPG 的应变传感和折射 率传感特性，并分析了级联结构的设计特点。结果表明：光子晶体光纤和光栅的结构参数影 响了透射峰的谐振波长和带宽；级联 PCF-LPG 的干涉谱同时还受到级联光栅之间的 PCF 长 度的影响；光子晶体光纤取占空比为 0.406、包层空气孔直径为 4μm，包层层数取 6 层，级 联 PCF 的长度取 100 个光栅周期，两段 LPG 完全相同时，优化了干涉谱特性，应变传感灵 敏度达 pm 量级；折射率传感时级联 PCF 的长度取 10 个光栅周期，传感灵敏度达 nm 量级； 干涉峰对应变和环境折射率的传感灵敏度分别为1.8 pm/ με 和 800nm/ RIU 。 关键词：光子晶体光纤，光纤光栅，耦合模理论，传输矩阵法，光纤光栅传感 南京邮电大学硕士研究生学位论文Ab 南京邮电大学硕士研究生学位论文 Abstract II II Abstract The fiber grating is one of the most important optical passive devices and playing an important role in the field of optical communications and optical sensing. Recently, the appearance and rapid development of the photonic crystal fiber provide the further development of fiber grating technology. Compared to the common fiber, the transmission characteristics of the photonic crystal fiber can be adjusted by the air-hole layers, duty cycle, and lattice shape, etc. Thus, the spectral characteristics of photonic crystal fiber grating can be controlled flexibly. Interferometric optical fiber sensors have been widely used in many fields because of its advantages compared to traditional sensor such as simple structure, flexible design, high sensitivity. A type of interferometric sensor based on cascaded photonic crystal fiber long period grating is studied in this