长周期光纤光栅制备及折射率传感特性研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目长周期光纤光栅制备及折射率传感特性研究作者姓名杨亚楠学科专业光学工程指导教师齐跃峰2016年5月中图分类号：TP391学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学硕士学位论文长周期光纤光栅制备及折射率传感特性研究硕士研究生：杨亚楠导师：齐跃峰申请学位：工学硕士学科专业：光学工程所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinOpticalEngineeringRESEARCHESONLPFGFABRICATEDANDTHEREFRACTIVEINDEX

2、SENSINGOFAPPLICATIONbyYangyananSupervisor:ProfessorQiYuefengYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《长周期光纤光栅制备及折射率传感特性研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要基于光纤光栅所研发的各种传感器具备

3、高精度、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，在民用与军用领域均有潜在的应用前景。目前，限制光纤光栅传感器进一步发展的因素主要集中在光栅的刻制工艺还处在较低水平，无法满足各种类型传感器对光栅性质的需求。目前，最常用的光栅刻制方法为紫外光曝光相位掩模板法，此方法技术成熟可批量生产，但存在诸多缺点，刻制工艺复杂、效率低、成本高等。CO2激光器输出激光刻制法，操作简单、刻制效率高、成本低。在前期研究工作中已经对此方法进行一定探索，可刻制出长周期光纤光栅，但栅区极其脆弱，插入损耗较大，光栅旁瓣较多，难以用于传感器研制。本论文着重研究提升CO2激光器刻制光栅的工艺，并探索利用刻制的光栅进行了折射

4、率传感测量。具体进行以下研究工作：首先，阐述了长周期光纤光栅的发展及主要的刻制方法，介绍其传感特性及应用。对不同方法刻制光栅的成栅机理进行了研究、总结，并分析其成栅理论耦合模理论。其次，搭建CO2激光器刻制光栅的实验平台，分析影响成栅质量的因素，并针对性的提出改进工艺，采用预载氢及预退火技术，成功利用CO2激光器低功率模式输出的激光刻制出模式较多、带宽较窄、损耗峰幅值较深的光栅。并利用CO2激光器刻制出小周期的LPFG。再次，分析折射率传感理论，利用不同方法刻制的光栅进行折射率传感实验，对比实验灵敏度及线性变化等参数。最后，针对目前光谱仪波长解调法存在的诸多不足，设计LPF

5、G+FBG的解调系统，可提升测量的响应灵敏度。关键词：长周期光纤光栅；CO2激光器低功率刻写法；载氢光纤；较小周期长周期光纤光栅；折射率传感I燕山大学工学硕士学位论文AbstractVariouskindsofsensorsbasedonfibergratinghavetheadvantagesofhighprecision,corrosionresistance,electromagneticinterference,andhavepotentialapplicationprospectsincivilandmilitaryfields.Atpresent,thefact

6、orsrestrictthefurtherdevelopmentofgratingsensorsmainlyconcentratedinthewritingtechniqueisstillinlowlevel,thecharacteristicofthegratingcan’tmeettheneedsofvarioustypessensors.Recently,thewidelyappliedUVexposuremethodutilizingphasemaskhasachievedtheindustrialmassproduction,buttherearesomedisa

7、dvantages,thewritingtechniqueissocomplexandthecostisexpensive.ThefabricationtechniqueofLPFGusingCO2-laseroutputlaserpowerwithsimplewritingtechnique,highefficientandlowincost.OurresearchgrouphasstudiedthetheoreticalfoundationsofCO2-laseroutoutpowerwritingtechni