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光纤光栅(fiber grating)是一种新型的光无源器件。在光纤的纤芯建立一种空间折射率周期分布的结构,光纤光栅就能够改变或控制在纤芯传播的光的行为。光纤光栅的独特性质使它在传感领域得到广泛的应用,目前已报道的光纤光栅传感器可以检测温度、应变、压力、位移、压强、加速度、电流电压、磁场、频率、震动等物理量,甚至可以用光纤光栅组成传感矩阵,应用于大面积的实时测量。作为一种光子领域的新兴技术,利用光纤光栅作为传感器件的传感技术正受到普遍的关注,各国也正在积极开展有关的研究工作。
光纤光栅作为传感器件,传感信息都是用波长编码的。如何把波长所携带的信息解调出来,这是光纤光栅传感应用所必须要解决的问题。
本文主要以布喇格光纤光栅为研究的对象,对其传感技术和解调技术进行了理论和实验的研究。本文主要内容有:
1.概括介绍了光纤光栅的发展史,光纤光栅制作技术概要、光纤光栅传感技术以及解调技术的概要,系统的对本文所做工作的背景进行介绍。
2.对光纤光栅的耦合模理论进行了系统的介绍,从Maxwell方程推演出均匀光纤布喇格光栅的解析解,同时对傅立叶变换分析法和传输矩阵分析法进行了简单的介绍。
3.设计的一种开口环结构的光纤光栅传感器,在理论上对这种传感器的应变进行分析,并对这种结构进行了应变和温度特性的实验测量。
4.提出了一种基于温度补偿的光纤光栅传感器解调系统,利用高双折射光纤环镜的边缘滤波性质对光纤光栅信号进行解调。为了提高整个系统的温度稳定性,我们把光纤环镜的一部分粘贴在有机玻璃上,实现了温度补偿。