基于拉錐方法長周期光纖光柵制備及應(yīng)用的研究

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1、分類號：密級：UDC：編號：專業(yè)碩士學(xué)位論文（工程碩士）基于拉錐方法的長周期光纖光柵制備及應(yīng)用研究碩士研究生：李健一指導(dǎo)教師：耿濤副教授學(xué)位級別：工程碩士工程領(lǐng)域：光學(xué)工程所在單位：理學(xué)院論文提交日期：2013年5月論文答辯日期：2013年6月學(xué)位授予單位：哈爾濱工程大學(xué)ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）BasedontheTaperMethodPreparationandApplicationResearchofLongPeriodF

2、iberGratingCandidate:LiJianyiSupervisor:Prof.GengTaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:OpticalEngineeringDateofSubmission:May.2013DateofOralExamination:Jun.2013University:HarbinEngineeringUniversity哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引

3、用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者（簽字）：日期：年月日哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解學(xué)校保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的有關(guān)規(guī)定，即研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于哈爾濱工程大學(xué)。哈爾濱工程大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件。本人允許哈爾濱工程大學(xué)將論文的部分或全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文，可以公布論文的

4、全部內(nèi)容。同時(shí)本人保證畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的論文一律注明作者第一署名單位為哈爾濱工程大學(xué)。涉密學(xué)位論文待解密后適用本聲明。本論文（□在授予學(xué)位后即可□在授予學(xué)位12個(gè)月后□解密后）由哈爾濱工程大學(xué)送交有關(guān)部門進(jìn)行保存、匯編等。作者（簽字）：導(dǎo)師（簽字）：日期：年月日年月日基于拉錐方法的長周期光纖光柵制備及應(yīng)用研究摘要長周期光纖光柵的周期相對較長，滿足相位匹配條件的是同向傳輸?shù)睦w芯模與包層模，這一特點(diǎn)導(dǎo)致了長周期光纖光柵的諧振波長和幅值對外界環(huán)境的變化非常敏感。本文采用電加熱式熔融拉錐法實(shí)現(xiàn)長周期光纖光柵的制備，此方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要摻雜高敏性材料、載氫等特殊工藝，制

5、作簡單、熱穩(wěn)定性好。電加熱式熔融拉錐法制備的光纖光柵為結(jié)構(gòu)調(diào)制型光纖光柵，這種結(jié)構(gòu)的光纖光柵在高溫下是穩(wěn)定的，而且隨著溫度的升高，其靈敏度會(huì)更大，特別適合于制作高溫傳感器。本文開展了基于拉錐方法的長周期光纖光柵制備及其傳感特性研究，主要研究工作如下：1、利用改進(jìn)的耦合模理論-局域耦合模理論，分析了結(jié)構(gòu)調(diào)制型長周期光纖光柵的形成機(jī)理與耦合特性，對其模式耦合特性進(jìn)行了仿真，并給出了纖芯基模與一階各次包層模的耦合情況，得出了拉錐區(qū)域的有效折射率的變化。2、利用ANSYS建立了光纖熔融拉錐粘彈有限元分析模型，分析了高溫下光纖應(yīng)力、應(yīng)變特性。距離加熱元件中心越近，溫場與應(yīng)力越均勻，遠(yuǎn)離

6、加熱元件中心，沿著光纖徑向方向，光纖應(yīng)力分布不均勻，與表面的應(yīng)力差逐漸增加，尤其是在錐腰處光纖的應(yīng)力梯度最大。3、通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電加熱式熔融拉錐法制備長周期光纖光柵的可行性與穩(wěn)定性，分析了不同拉錐次數(shù)，拉錐深度，拉錐功率及拉錐速度等工藝參數(shù)對錐區(qū)的影響，并對參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，制備出諧振幅值為20-30dB，諧振波長可控的長周期光纖光柵。4、開展了長周期光纖光柵溫度傳感、軸向應(yīng)力及其彎曲特性的實(shí)驗(yàn)研究。基于拉錐方法在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上寫入的LPFG，其諧振波長隨著溫度的升高而減小，靈敏度約為63pm/℃。LPFG的諧振波長與軸向應(yīng)變的呈線性關(guān)系，隨著軸向應(yīng)變的增加諧振波長向短波方

7、向漂移，靈敏度約為-1.40pm/με。彎曲特性的靈敏度為10.52nm?m。關(guān)鍵詞：電加熱；熔融拉錐；長周期光纖光柵；局域耦合模理論；ANSYS熱分析哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTTheperiodofLongperiodfibergratingisrelativelylong.Thephasematchingconditionmeetswiththecoremodeandcladdingmodesofthesamedirectiontotransmission,whichfeatures