相移波狀長周期光纖光柵及其傳感特性研究.pdf

1、自從第一根長周期光纖(LPFG)寫制成功以來，各種類型的LPFG不斷涌現(xiàn)。例如波狀LPFG、相移長周期光纖光柵(PS-LPFG)、啁啾LPFG、取樣LPFG等，其中PS-LPFG與波狀LPFG引起了我們極大的興趣。首先，PS-LPFG作為一種新穎的光纖無源器件，具有多通道、窄線寬、組合靈活等優(yōu)點(diǎn)。通過改變引入相移的大小、位置和數(shù)量等，引起PS-LPFG折射率分布的變化，可以得到特殊的折射率調(diào)制，從而獲得所需的光譜，使其能夠靈活的適合于各

2、種應(yīng)用。PS-LPFG可用于EDFA增益平坦、帶阻帶通濾波器以及各種傳感器。PS-LPFG的寫制可采用多種方法，如電弧放電法、CO2激光寫制法、紫外曝光法、機(jī)械壓制法等。然后，波狀LPFG具有傳輸損耗與波長均可調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)，可以通過改變所加外界參量調(diào)節(jié)光譜，被廣泛的用于軸向應(yīng)力、彎曲、扭轉(zhuǎn)的傳感測量。這種波狀結(jié)構(gòu)的寫制方法主要有三種:鍍膜腐蝕法、光刻腐蝕法、壓印腐蝕法。然而上述三種方法存在設(shè)計(jì)不靈活、制作過程復(fù)雜、制造設(shè)備昂貴等不足。

3、r>　　為了改善現(xiàn)有制作方法中的不足，同時充分利用波狀光柵損耗與波長均可調(diào)諧以及相移光柵光譜可靈活調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)。本文利用高頻CO2激光輔助濕腐蝕的方法，成功寫制出了一種新型PS-LPFG，即非對稱相移波狀長周期光纖光柵(Asymmetrically Phase-shifted Corrugated LPFG)。該光柵可通過改變波狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對光柵周期、光柵長度、相移大小、相移位置及相移數(shù)目的調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)新型光纖光子器件設(shè)計(jì)和功能提升。研

4、究表明這種新型波狀結(jié)構(gòu)的PS-LPFG的成柵機(jī)理主要源于彈光效應(yīng)與微彎效應(yīng)。由于沿光纖軸向的波狀結(jié)構(gòu)分布，造成波狀結(jié)構(gòu)的腐蝕部分和未腐蝕部分的直徑不同。當(dāng)對其施加軸向應(yīng)力時，會產(chǎn)生周期性的折射率調(diào)制;又因結(jié)構(gòu)的非對稱性，軸向應(yīng)力會產(chǎn)生周期性微彎，從而增強(qiáng)了折射率調(diào)制。
　　本文針對自主設(shè)計(jì)并研制的相移波狀LPFG進(jìn)行了理論分析以及實(shí)驗(yàn)研究。主要研究工作及其成果如下:
　　1、利用高頻CO2激光輔助濕腐蝕的方法，即利用CO2激

5、光燒蝕涂敷層后再用HF酸溶液腐蝕包層，在單模光纖軸向制作非對稱相移波狀結(jié)構(gòu)。該方法具有設(shè)計(jì)靈活、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn);
　　2、采用該方法實(shí)驗(yàn)研究了非對稱單相移波狀LPFG在不同光柵周期、光柵長度、相移大小、相移位置條件下的光柵光譜;分析了多相移光柵的光譜，并且討論了多相移光柵各部分長度比例不等時光譜的差異;
　　3、對多相移波狀LPFG的應(yīng)力、溫度、折射率、扭轉(zhuǎn)、彎曲進(jìn)行了傳感測量，其結(jié)果與理論分析相符。研究表明，由于相移