基于倾斜光纤光栅的传感器研究

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倾斜光纤光栅(tilted fiber Bragg grating,以下简称TFBG)作为近年来发展起来的一种特殊的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,以下简称FBG),不仅保留了普通FBG的传感特性,还具有长周期光纤光栅能激发包层模的传感特点,被广泛用于折射率、曲率、和湿度等物理量的传感测量。本文重点研究了六种基于TFBG的传感器,其主要研究内容包括:1、介绍TFBG传感器的研究状况,分析TFBG的传感原理,阐述几种常见的TFBG刻写技术以及本实验室的刻写系统。2、提出三种基于TFBG的反射式强度解调型折射率传感器。提出利用宽反射谱带宽FBG重叠刻写在TFBG末端反射TFBG对外界折射率敏感的小部分包层模,通过检测FBG反射光强的变化实现对外界折射率的测量。在此基础上,利用啁啾光纤光栅级联在TFBG后端对折射率计进行了改进,拓宽了包层模反射范围,增加了折射率计的测量范围。另外,提出在TFBG前端利用束腰放大的光纤熔接技术将TFBG激发的反向传输包层模耦合入光纤纤芯中传输的传感器结构,通过检测反射光强的大小实现了对外界折射率的测量。3、提出一种基于TFBG和束腰熔接技术的液位传感器。随着液面升高,TFBG包层模强度被调制程度增大,通过解调反射光强实现了3~30mm范围液位高度的测量。4、提出两种基于TFBG和磁流体的磁场强度传感器。外加磁场通过TFBG外包裹的磁流体对TFBG包层模进行调制,使其谐振峰消光比和强度随着外加磁场强度变化而变化。基于这一原理,本文分别提出一种基于TFBG谐振峰消光比解调和一种反射式光强解调的磁场传感器,并在实验室条件下成功实现了磁场强度测量。
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