悬挂芯长周期光纤光栅器件设计

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：理学硕士学位论文悬挂芯长周期光纤光栅器件设计硕士研究生：付佳楠指导教师：关春颖教授学科、专业：光学论文主审人：杨兴华教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：理学硕士学位论文悬挂芯长周期光纤光栅器件设计硕士研究生：付佳楠指导教师：关春颖教授学位级别：理学硕士学科、专业：光学所在单位：理学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.SciDeviceDesignBasedonLong-Pe

2、riodFiberGratinginEmbedded-CoreFiberCandidate:FuJia’nanSupervisor:Prof.GuanChunyingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpeciality:OpticsDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引

3、用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人

4、保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要本文首先研究了长周期光纤光栅（longperiodfibergrating,LPG）及其耦合原理，介绍了写入LPG的方法并着重讨论了高频CO2激光器逐点写入法的优势、具体的操作步骤以及注意事项等。此外本文在一种新型特种光纤——悬挂芯光纤（embedded-coreopticalfiber,ECOF）上写入LPG并基于这种悬挂芯长

5、周期光纤光栅（longperiodfibergratinginembedded-corefiber,ECOF-LPG）设计制备悬挂芯光纤马赫泽德干涉仪（Mach-ZehnderInterferometerinembedded-corefiber,ECOF-MZI）以及抗弯型ECOF-LPG等器件，测量并分析了这些器件的传感特性。首先，搭建光栅写入系统，成功搭建系统后利用高频CO2激光器在ECOF上写入LPG，对ECOF-LPG样品的温度、应力以及弯曲特性进行了测量，对比分析其与传统单模LPG的优缺点；详细介绍了LPG的成栅原理，采用有限元分析与数值计算相结合的方法对ECOF-LPG进行理论分析

6、，确定了这种特种LPG的谐振峰是由纤芯模LP01与包层模LP91之间的耦合所决定的；然后，根据LPG成栅原理设计并制备ECOF-MZI，研究了两个LPG之间的距离对样品透射谱的影响，同时对三峰样品的温度、应力以及折射率特性进行了测量和分析，实验结果表明，这种新型的光纤器件在温度和应力两方面的表现与传统单模LPG类似，折射率测量分为外部和内部两部分进行，该样品对外部折射率并不敏感，但是其内部折射率的表现具有非常大的潜在应用价值；最后，利用ECOF-LPG的弯曲特性与弯曲方向有关的特点，设计制备一种抗弯型ECOF-LPG，将两段ECOF错位对芯焊接起来，再在其上写入LPG并进行弯曲特性的测量，测量

7、结果表明，这种抗弯型ECOF-LPG能够较好的免疫弯曲对透射光谱造成的影响，推进了新型光纤器件的进一步发展。关键词：光纤传感；长周期光纤光栅；光纤马赫泽德干涉仪；悬挂芯光纤；耦合模理论IABSTRACTInthispaper,thelongperiodfibergratings(LPGs)andtheircouplingprinciplearestudied.Themethodsofwriting