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《北京交通大学》 2017年
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基于多模干涉耦合器的光纤传感器与少模光纤激光器的研究

齐艳辉  
【摘要】:以光纤多模干涉耦合器为基础设计的光纤传感器因其结构简洁紧凑、成本低廉、传感性能优良等优点在智能化、自动化及物联网中具有重要意义,并在近年来得到广泛研究。此外光纤研制技术的快速发展促使少模光纤的研制工艺日渐成熟,同时基于模式干涉效应设计的新型梳状滤波器被应用在光纤激光器中,在多波长、可调谐光纤激光器中具有不可忽视的潜在价值。本文在国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金项目的支持下,主要的创新性成果如下:1.建立单模光纤级联偏芯熔接滤波结构与无芯-单模偏芯熔接结构的标量仿真模型,分析并优化了少模/双模光纤偏芯耦合结构的滤波特性,室温下实现了稳定的单波长、双波长与三波长的激光激射。结合偏芯光纤熔接结构提出并优化了增益与滤波同时进行的掺铒少模光纤梳状滤波器,在室温下采用单向泵浦结构、双向泵浦结构与非线性偏振旋转效应抑制模式竞争技术研究了不同的多波长激射特性。2.提出并实现了基于节点熔融型单模-空芯光纤-单模滤波结构的单波长光纤激光传感系统,同时建立了单模-无芯-空芯缓变耦合结构的传输矩阵仿真模型,优化了滤波器共振波长与环境折射率的响应特性,获得的最大线性折射率敏感度约为316.2 nm/RIU,进而在试验中建立基于该滤波器的光纤环型腔激光器,改善了共振波长3 dB带宽较大带来的测试反应速度较慢的问题,分析并研究了激射波长与外界环境折射率的关系。3.提出并优化了基于无芯-多层光纤-无芯光纤结构的高灵敏度曲率传感结构,提高了共振波长随曲率的依赖特性,试验中在0.3 m-1到2.14 m-1的范围内获得了-39.02 nm/m-1的线性曲率敏感度,且局部灵敏度高达-43 nm/m-1。4.采用单模光纤氢气火焰拉锥的方优化了采用光纤熔接机制作Taper脆弱与控制参数难以把握的问题,提出了基于级联双缓变弯曲长锥结构的单模光纤双长锥梳状滤波器,并结合1550 nm波长不同弯曲状态下长锥结构输出光斑的测量结果对弯曲缓变耦合结构进行简要的分析,优化后该滤波器具有良好的稳定性,并在室温下实现了稳定的双波长与三波长的激光激射。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212;TN248

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