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基于保偏光子晶体光纤中布里渊动态光栅的传感研究

【摘要】:分布式布里渊光纤传感器从产生至今虽才有短短20年,但这种技术目前已被广泛应用于大型建筑的应变和温度监测。传统分布式布里渊传感装置操作复杂,测量精度低;另一方面,基于传统光纤布拉格光栅的传感器只能实现准分布式测量,并且光栅一经刻蚀,参数难调。因此寻求一种高精度、高空间分辨率并可实现双参量同时测量的传感器很有必要。本论文提出了一种同时测量温度和应变的分布式布里渊光纤传感器,它利用在单根保偏光子晶体光纤中产生的布里渊动态光栅和受激布里渊散射同时进行温度和应变监测。首先,本文基于现有的理论模型,对布里渊动态光栅的耦合波方程在时间和空间上进行离散化得到瞬态数值解,构建易于编程计算的表达式;利用Fortran软件模拟光栅反射谱特性以及泵浦抽空对布里渊动态光栅的影响,得到了激发光栅的最佳泵浦功率;结合Comsol软件仿真保偏光子晶体光纤模场分布并计算了光纤双折射,为之后的实验奠定理论基础。其次,搭建了布里渊光时域分析系统,测得此光纤的布里渊频移及其温度和应变系数;进而搭建了布里渊动态光栅产生和读取的实验装置,实现了布里渊动态光栅的激发和探测,得到了光纤的双折射频移及其温度和应变系数。实验结果表明,此光纤的双折射频移在-40~10?C范围内与温度成分段线性关系,并结合布里渊光时域分析技术实现了分布式的温度和应变双参量同时测量,此实验系统具有20cm的空间分辨率;而在10~80?C范围内光纤双折射频移没有明显变化,因此可以实现温度不敏感的应变传感。

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