一、Novel Bandwidth Sensor Based Fiber Grating（论文文献综述）
丁志超[1]（2021）在《光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究》文中指出光学传感器因其结构简单、响应速度快、设计灵活及抗电磁干扰等优点,在推动新一代物联网和智能传感技术的发展中起着举足轻重的作用。同时这些新兴技术的发展也对光学传感的相关性能和技术提出了更高要求。本学位论文从提升传感器的性能参数方面入手提出了三种传感系统,即具有三段高双折射光纤（HBFs）的高双折射光纤环镜（HiBi-FLM）传感器、高双折射光纤环镜结合光纤布拉格光栅（FBG）传感器、基于游标效应的级联高双折射光纤环镜传感器,每个传感系统都涉及到新的传感机制。此外,论文还提出了两种基于边缘滤波的、用于光纤光栅传感器波长解调的方法,分别是基于高双折射光纤环镜的FBG波长解调系统、基于致密阵列宽带锯齿波（JAWS）滤波器的FBG波长解调系统,两个波长解调系统都涉及到新的波长解调方法。论文主体内容的每一章都围绕一种传感系统或波长解调系统展开,从理论与实验两方面分别介绍了系统原理、关键器件设计与实现及系统的性能参数,取得的主要研究成果及创新点如下:1.提出并搭建了结合三段高双折射光纤（HBFs）的高双折射光纤环镜传感系统。设计了一种结合三段高双折射光纤的高双折射光纤环镜传感器,使用琼斯矩阵推导了具有任意段HBF的HiBi-FLM透射谱表达式,通过将三段HBFs式HiBi-FLM的透射谱表达式对温度、应变进行微分得到透射谱中谐振谷的温度、应变灵敏度表达式,仿真了结合三段HBFs的HiBi-FLM的透射谱,仿真结果与实验测量基本吻合。实验证明了此传感器的温度与应变区分能力,所提出传感器的温度和应变测量分辨率分别为±0.3℃、±12με。2.提出并搭建了结合一段HBF和一个FBG的HiBi-FLM传感系统。由于HiBiFLM透射谱中谐振谷和FBG谐振峰的温度、应变灵敏度不同,因此可通过将测量目标谐振谷和FBG谐振峰的温度、应变灵敏度构成传感系数矩阵。使用提出的传感器进行温度、应变同时测量时,只需测出目标谐振谷和FBG谐振峰的波长漂移,再结合传感系数矩阵,可解耦温度和应变变化分别对波长漂移的影响,得出环境温度和应变的变化量。实验测量了所提出传感结构的温度、应变响应特性,传感器的温度、应变测量分辨率分别被实验测量为±0.5℃和±22με。3.提出并搭建了基于级联HiBi-FLM的具有游标效应的高灵敏度温度传感系统。由于HiBi-FLM透射谱具有周期性,因此可将其看作光学刻度尺,通过级联两个分度值略微不同的光学刻度尺,可在级联输出中形成游标光谱,从而放大单个HiBi-FLM透射谱的周期,当单个HiBi-FLM的透射谱发生小的漂移时,级联结构的游标谱将向相应方向发生一个放大倍数的漂移,从而实现测量灵敏度和分辨率的放大。理论阐述和仿真了基于级联光纤干涉仪的光学游标效应的具体实现过程,给出了游标效应放大倍数的计算公式并推导了级联干涉仪透射谱的方程。提出使用洛伦兹拟合算法和高斯拟合算法来拟合游标谱的包络,恢复了目标包络峰值,从而实现对级联结构游标谱移的精确标定。实验制作了级联HiBi-FLM传感器,测量了所制作传感器的温度特性,实验结果表明级联结构透射谱波长漂移灵敏度是单个HiBi-FLM的M倍,M与理论预测值基本一致。提出通过减小两个干涉仪的自由光谱范围（FSR）之差可进一步提升级联结构的灵敏度和分辨率,实验制作了FSR之差更小的两个HiBiFLMs,并测量了单个和级联HiBi-FLM结构的温度响应特性,实现了级联结构温度灵敏度、分辨率的更大倍数放大。4.提出并搭建了基于交叉HiBi-FLMs的FBG波长快速解调系统。阐述了基于边缘滤波器的波长解调系统的众多优点,提出可将两个HiBi-FLMs透射谱中周期性的上升沿（或下降沿）用作边缘滤波器来解调FBG的谐振波长,两个信道的解调结果取对数再相减是FBG谐振波长的一次函数,从而实现对FBG环境参量的线性映射。实验制作了满足实验需要的具有特定FSRs的两个HiBiFLM,在系统设计中使用波分复用和时分复用技术实现对多路传感信号的同时解调,从而实现同时对多点振动情况进行动态监测并重建了铁管振幅的幅度谱。所提出波长解调系统具有结构简单、成本低、设计灵活、解调速度快等优点,其有望在超快动态现象监测、地震监测和高分辨率传感领域得到广泛应用。5.提出并搭建了基于致密阵列宽带锯齿（JAWS）滤波器的FBG波长解调系统。使用菲涅尔衍射分析方法推导了有限反射虚像相位阵列（FRVIA）的谱色散公式,并仿真了FRVIA的色散谱和基于FRIVA的JAWS滤波器的光谱。实验制作了基于FRVIA的JAWS滤波器,测量的JAWS滤波器的光谱与仿真结果基本一致。使用搭建的JAWS滤波器实现了对三路FBGs信号的实时动态解调,监测到了铁管振幅的实时动态变化,并计算了应变波在铁管中的传播速度。推导了采集到的电压数据和铁管振幅之间的映射关系。所提出的波长解调系统可实现对变化频率小于等于200 k Hz的FBG环境参量信号的探测与解调,它具有解调速度快、抗电磁干扰、使用灵活、成本低等优点,其有望在分子动力学传感和航空航天诊断等超快动态现象监测、高速通信、超快超高分辨率传感、结构健康监测、医疗等领域得到广泛应用。
芈月安[2]（2021）在《基于新型特种少模光纤光栅的矢量模式转换的研究》文中认为在现如今高速发展的现代化通信时代,模分复用通信系统的出现大大缓解了通信容量供不应求的压力。以光纤中的模式作为传输信道的模分复用通信系统可以成倍地提高光纤通信的传输容量。它为我们跨入超高速、超大容量的新的信息化通信时代提供了可能。模式激励和模式转换技术是模分复用系统中的关键技术,也是近些年人们研究的热点课题。作为模分复用系统中核心器件的模式转换器近年来的报道种类繁多,其中基于光纤光栅的模式转换器由于具有高效率、低损耗、操作灵活等众多优点而备受研究者们的青睐。当前光纤光栅模式转换器的研究报道主要集中于线偏振模式转换,关于矢量模式转换的报道很少。而光纤中的矢量模式在新型光纤激光器、光纤中OAM模式的生成与复用传输、矢量模式模分复用等领域都有着广泛的应用。矢量模式广阔的应用前景使得人们对于光纤中矢量模式获取技术的需求越来越迫切。在此研究背景下,本文提出了一系列基于新型特种少模光纤光栅的矢量模式转换方法。利用具有矢量模式分离特性的特种光纤的光栅器件可以作为一种高效的矢量模式转换器。它在模分复用通信系统以及与光纤中矢量模式相关的众多领域都有着潜在的应用价值和广阔的应用前景。本文主要的创新点和研究成果总结如下:1.提出了一种在空芯光纤中写入倾斜布拉格光栅的矢量模式转换的方法。分析了空芯光纤中的矢量模式传输特性,结果表明此光纤能够支持前四个矢量模式的传输,并且具有能够使矢量模式简并分离的特性。研究了倾斜空芯光纤布拉格光栅的矢量模式转换特性。结果显示当=2°时具有最高的转换效率。2.对比研究了非对称阶跃型和非对称涡旋光纤布拉格光栅的矢量模式耦合特性。分析了相位匹配条件、衰减系数和光栅调制深度对反射特性的影响。结果表明当衰减系数α=0.5μm-1,0.3μm-1时,在非对称阶跃型和非对称涡旋型光纤布拉格光栅中的矢量模式分别获得了最高的转换效率。研究了自制非对称涡旋光纤布拉格光栅的模式转换特性,验证了理论与实验结果的一致性。3.提出了一种在环芯光纤中写入倾斜非对称布拉格光栅的矢量模式转换方法。重点分析了倾斜角度与非对称衰减系数共同作用下反射特性的演化规律。研究表明当衰减系数=0μm-1,=2°时,即对应于倾斜布拉格光纤光栅的情况下,高阶矢量模式具有最高的反射峰值。4.研究了在不同激励矢量模式下,倾斜环芯光纤布拉格光栅的矢量模式耦合特性。重点研究了在不同激励矢量模式下的相位匹配特性,研究显示激励与输出模式间的反射率与谐振波长均呈现出可逆性关系。另外,单偏振的激励模式只能转换为同类单偏振的矢量模式,并且在一些特定的倾斜角度处,可以获得高转换效率或高纯度的矢量模式。5.提出了采用涡旋光纤的倾斜长周期光栅,以及在反抛物型渐变折射率光纤中写入机械微弯长周期光栅的两种矢量模式转换器。主要分析了光栅周期的选取方法、相位匹配特性、倾斜角度、光栅调制深度、微弯振幅对透射谱及耦合系数的影响。研究结果表明,当=83.5°,84°,88°时,倾斜长周期光栅的TM01、HE21和TE01的透射峰值分别达到最大值。当微弯振幅mmax=1.5μm时,机械微弯长周期光栅的高阶矢量模式具有最高的转换效率。
胡思琪[3]（2021）在《基于荧光纳米材料的新型光纤传感器设计与应用研究》文中提出物联网（IoT）品类在过去十几年中呈指数增长,并从各个方面显着重塑了人类生活。而兼具通信和传感功能的光纤传感器将逐步成为连接人与整个世界的桥梁。当前,丰富多样的光纤传感器可以为各种待测量提供理想且高性能的感知方案。值得注意的是,基于新型材料敏感涂层的光学传感器是光纤传感技术的发展趋向之一。本论文就将以荧光纳米材料与光纤技术相结合为出发点,深入研究基于荧光纳米材料的光纤器件的设计与应用,研制了基于量子点荧光纳米材料的微纳光纤气体传感器以及基于上转换纳米粒子荧光增强的微纳光纤相对湿度（RH）传感器,并提出了基于多粒度量子点荧光纳米材料的多参量光纤传感器设计。本论文首先简单介绍了本课题的研究背景与意义,分别概述了荧光纳米材料科学和光纤传感技术的研究现状,并列出本论文的主要研究内容和创新点。接着从三个方面探讨了如何有效地将荧光纳米材料应用于光纤传感技术,包括可适配荧光纳米材料的光纤结构及系统架构、基于荧光纳米材料的光纤器件的作用机制和原理以及基于荧光纳米材料的光纤器件的制备工艺。本论文研发了一种基于量子点荧光纳米材料的微纳光纤传感器,其具有微型化、质量轻、结构简单、可批量重复制备、响应快速、抗振动弯曲干扰等特点,可以实现超低浓度的乙醇蒸气探测。论文阐述了该传感器的结构原理和制备流程,并通过具体实验验证了该传感器的抗弯曲特性、灵敏度特性、温度响应特性和时间响应特性。另外,本论文还创新地自主研发了精准可控的光纤电动涂敷系统,实现了材料涂敷型光纤传感器的重复批量制备。本论文还提出并验证了一种基于上转换纳米粒子荧光增强的微纳光纤RH传感器。通过自主合成的纤维素液晶膜来增强上转换粒子荧光,大大提高了传感信号的信噪比和传感器灵敏度,且可抑制温度交叉敏感。通过具体实验验证了光信号信噪比的提升,以及传感器的灵敏度特性和温度响应特性。该工作为纤维素液晶膜这种天然的多孔周期性结构在光纤传感技术领域的应用提供了新思路,大大降低了高性能传感器的制备成本。论文最后提出了基于多粒度量子点荧光纳米材料的多参量光纤传感器设计。该结构主要包括多量子点掺杂的光子晶体光纤和复合光纤光栅。论文阐述了该传感器的结构设计和工作原理,并给出了可行的制备方案。通过一系列仿真分析对光子晶体光纤和复合光纤光栅进行了初步的优化设计。详细阐述了该传感器的多参量探测原理,并提出了进一步改进的优化构想,为更多种类的荧光纳米材料应用于光纤多参量传感探测提供了新思路。
余超[4]（2021）在《光纤传感网络的解调系统及算法研究》文中进行了进一步梳理在当今社会的各个领域中,智能化是未来发展的大趋势;生活中的各类物联网产品、汽车飞机的无人驾驶技术、雷达系统、设备结构监测、基础建筑的安全检测以及工业生产自动化及其机器人系统都需要更加智能的感知技术;这就对传感器的感知精度和速度提出了更高的要求,且需要覆盖范围更广、覆盖密度更高的传感器网络。以工业生产中智能机器人为例,智能机器人需要代替人类在极端的环境下进行大量的危险性高、重复率高、难度大以及长时间不间断的工作;这就需要可在极端条件下完成高精度感知多物理参量的传感网络;而基于光纤技术的传感网络系统以其体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘、可靠性高、便于复用等独特的优势广泛应用于类似上述的智能感知领域以及航空航天、石化工业、电力系统、结构检测、安全监控、工业生产等其他地方。根据目前智能感知领域的发展趋势,光纤传感技术正在朝着网络化、动态化、阵列化、多参量化方向发展;为了提高传感系统的探测范围、频率、灵敏度及分辨率,探寻新型的传感网络复用机理以及新一代大容量传感网络的动态解调技术已成为当前的研究热点和重点。为此,本文从光纤传感器的复用技术及对应的解调系统入手,结合当前成熟的光纤传感机理和信号处理算法分别设计了针对准分布式无源光纤光栅传感网络、分布式有源光纤光栅传感网络以及应用于时频分析的光纤振动传感系统三种新型信号解调方法。本文研究的三种解调系统具体内容如下所示:1.基于有理三次B样条插值和Hu不变矩特征检索（IMR）算法的准分布式光纤光栅传感网络的光谱解调方法。对于复用了四个光纤光栅（FBG）的准分布式传感系统,只需要在每个FBG的反射光谱内以20 pm为步长采集9个光功率数据点即可完成对每个光纤光栅上物理参量的解调。该方法的解调误差在±0.5 pm以内,进行一次扫描所需的平均时间约为0.02 s;因此,该解调系统可支持扫描频率为50 Hz的实时动态测量。2.基于变分模态分解（VMD）算法及分布式多纵模拍频技术的频分复用传感网络的解调方法。该方法从光信号的时域特性出发,使用变分模态分解算法将每个传感腔内产生的拍频信号从含有多模态分量的复用拍频信号中一一分解出来,并且很好地保留了每个腔内拍频信号的频域信息;这很好地解决了在复用系统中每个腔内拍频信号频谱重叠时对解调造成的影响,也大大增加了可复用传感腔的数量。3.基于时变滤波经验模态分解（TVF-EMD）算法及多纵模拍频传感技术的光纤振动传感系统的噪声分离及时频分析方法。该方法利用时变滤波经验模态分解算法将原始信号中含有振动信息的模态分量与多个强噪声模态分量分离开来,根据每个模态的频域特性识别出振动模态与噪声模态,再通过希尔伯特变换（HT）分析振动模态的时频特性。因此该方法不仅起到了很好的降噪效果,而且还可以分析每个时间点上的频率变化。
张钰梓[5]（2021）在《基于啁啾效应的光纤光栅加速度传感器研究》文中指出低频振动信号测量在地震预警、大型建筑物结构健康监测、军事反潜及地质勘探等领域占据着重要的地位。以地震信号作为激振源时,用光纤光栅加速度传感器拾取地震低频振动信号是建筑物结构损伤鉴定和评估的重要手段。而地震发生后往往伴随着热、力、磁等多物理场耦合复杂环境,极端温度环境下传统波长解调的光纤光栅加速度传感器极易受到温度变化的干扰,导致测量的振动信号失真。针对光纤光栅在低频振动信号测量时对温度和应变的同时敏感问题,本文研制了一种利用光纤光栅在非均匀应力场作用下产生啁啾效应实现对温度不敏感的光纤光栅加速度传感器,进而推进FBG加速度传感技术对地震低频振动信号高性能探测。主要内容包括:（1）通过理论分析光纤光栅传感原理及啁啾效应的形成机理,研究了FBG在非均匀应力作用下反射谱功率和带宽的响应特性,并建立了FBG加速度传感器理论模型。利用MATLAB软件对非均匀场作用下光栅反射光谱进行模拟。在此基础上,搭建光纤光栅非均匀应变场试验系统,根据数值仿真和试验结果,得到光纤光栅啁啾现象产生机理和影响特性。（2）设计一种基于应变啁啾效应的直角梁式温度不敏感FBG加速度传感器,利用MATLAB软件对传感器结构参数进行优化,采用ANSYS有限元软件对传感器的结构应变和模态特性进行仿真分析。根据非均匀应变场下直角矩形梁传感器的结构优化参数和仿真数值,并因此研制传感器实物。（3）为了进一步提高传感器的性能,在直角悬臂梁的基础上对悬臂梁结构做了改进,设计了正弦形曲率梁式FBG加速度传感器,对传感器工作原理进行理论分析,利用MATLAB软件对已有的加速度传感器敏感结构模型进行结构参数优化,并对传感器的结构应变和模态特性进行有限元仿真分析。在梯度应变场作用下对曲形梁传感器的结构参数进行优化和数值仿真,因此研制传感器实物。（4）搭建基于啁啾效应的光纤光栅加速度传感器实验测试系统,对两种类型传感器分别进行幅频响应特性、线性响应特性和温度稳定性等性能测试实验,结合仿真结果,得到了传感器的性能参数指标。结果表明,与直角梁式传感器进行实验对比正弦形曲率梁式传感器更容易产生啁啾效应且对温度变化不敏感;反射谱带宽和光功率与加速度间具有良好的线性关系,灵敏度约为317 pm/g,与直角梁的灵敏度约为256 pm/g相比,灵敏度显着提高;固有频率为56 Hz,实现了对低频振动信号的高性能监测。
赵宜超[6]（2020）在《对称熔融拉锥型光纤光栅温度和应力传感特性研究》文中认为随着传感技术发展,传统传感器在众多应用中受限,光纤光栅传感器凭借许多传统传感器不具有的优势,得到了广泛应用。但普通光纤光栅传感器存在的应力与温度交叉敏感问题一直是影响其测量准确性的重要因素之一。对称熔融拉锥型光纤光栅可以较好解决该问题。本文提出利用熔融拉锥技术制备一种具有对称双锥形结构的光纤光栅。首先结合传输矩阵法建立其传感特性理论模型,对其传感特性给出了详细理论推导。其次研究影响啁啾系数的因素,并对对称熔融拉锥型光纤光栅的光谱特性进行分析,讨论光谱短波长处出现密集调制现象的成因。然后仿真研究了不同条件下,温度和应力对对称熔融拉锥型光纤光栅的反射谱影响。结果表明:对称熔融拉锥型光纤光栅的啁啾系数与光栅长度变化量近似满足线性关系。光栅反射谱短波长处会出现密集波长调制。对称熔融拉锥型光纤光栅的反射波长和应力与温度均满足线性线性正比关系,而反射谱带宽只与应力成线性关系。针对仿真时应力灵敏度较低问题,本文提出聚合物涂覆锥区增大传感锥区光纤半径差而进行增敏的方案,仿真应力灵敏度达到0.31836nm/N。最后,本文利用电弧放电法制作多根对称熔融拉锥型光纤光栅,研究其应力和温度传感特性。光栅反射谱表明由于“热擦除”效应,部分光栅会被擦除,导致反射谱出现多个透射峰。多根光栅的实验结果证明对称熔融拉锥型光纤光栅具有光谱带宽对轴向应力敏感而对温度不敏感的特性。而光栅封装实验验证了光栅封装可以起到保护光栅和提高应力灵敏度的作用,与理论分析一致。
苏丹[7]（2020）在《新型高精度光纤光栅应变传感技术研究》文中进行了进一步梳理石油天然气是人类现代文明发展中不可或缺的资源,在油气勘探开发过程中,应变的监测（包含了油气井的井斜和方位测量、生产测井中高温应变监测及高精度压力检测等）可以有效地保障油气田正常的勘探开发作业、提高采收率、提升储量替代率等。光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）应变监测技术相较于传统电类应变监测技术,具有抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温高压、易于组网复用等优势,克服了电类传感器存在的诸多限制和难题,赢得了大量关注和研究,具有广阔的市场应用潜力。另外,由于国内石油勘探开发工程也正面临着如高成本、油田高含水、高采出、非常规油田高占比等诸多严峻问题和考验,对新技术的需求已迫在眉睫,因此研究基于新型FBG的应变传感技术具有重大意义。本论文利用飞秒激光结合相位掩模板技术在特种光纤中写制新型FBG,针对应变测量中的高精度、方向性识别和多参量测量等科学技术和工程应用问题,重点研制了两种基于少模光纤的新型FBG弯曲（位移）传感器;一种基于熔接点集成双FBG的高温应变传感器;制作了一种膜片式FBG压力传感器,并进行了标准计量测试。论文主要内容如下:1.综述了光纤应变传感技术及新型FBG矢量应变传感器国内外研究现状,结合FBG的基本理论,阐述了利用飞秒激光写制FBG的技术和方法。介绍了实验室利用飞秒激光刻写新型FBG的实验研究平台及实验方案。2.提出并优化了少模FBG飞秒激光结合相位掩模板写制新方法（对芯写制和离轴写制）用于高效激发耦合模LP01-11,研究了基于少模FBG传感器的耦合特性和弯曲作用机理,设计制作了两种基于少模FBG的弯曲（位移）传感器,且弯曲测量均利用耦合模LP01-11能量解调。其中:（1）基于四模对芯FBG的弯曲（位移）传感器,以四模光纤作为敏感元件,FBG仅作为反射镜,耦合模LP01-11能量弯曲响应具有良好的线性灵敏度和规律的方向性响应特性,且该传感器可实现温度同时测量;（2）基于两模离轴FBG的弯曲（位移）传感器,利用离轴写制法引入了非圆对称FBG结构,相比于四模对芯FBG结构,该传感器弯曲灵敏度更高,方向响应特性更好,也能实现温度同时测量。3.研制了一种基于光纤熔接点集成双FBG的高温应变传感器。利用单模光纤（Single Mode Fiber,SMF）和细芯光纤（Thin-core Fiber,TCF）纤芯折射率的差异,通过飞秒激光结合相位掩模板法,在SMF和TCF熔接点两侧纤芯区域刻写了总长度仅约为4mm的双FBG结构,实现了温度应变的同时测量。实验中通过化学腐蚀TCF进一步提高传感器的应变响应灵敏度,并采用高温退火工艺提高传感器的热可靠性和稳定性。传感器温度和应变测量范围分别为100℃-800℃、0-1000με,应变灵敏度最高可达到3.25 pm/μ?。4.研制了一种基于膜片与FBG相结合的压力传感器。通过对传感器件进行整体封装结构设计、承压膜片材料选择、膜片尺寸优化、模拟仿真分析、机械结构加工和装配等,实现了0-40 Mpa的油压测量,基本误差为0.073%,测量精度（不确定度/准确度/最大允许误差）为0.1级,为高精度FBG压力传感器的后续研制积累了宝贵的资料和经验。
郭奎奎[8]（2020）在《窄线宽光纤光栅激光器的偏振调控及传感特性研究》文中进行了进一步梳理近年来,窄线宽光纤光栅激光器以其单频、窄线宽、超低噪声、抗干扰性强以及超高单色性、超高相干性等特性而被广泛地应用于现代信息社会之中,如在光纤通信系统、光纤传感器、相干激光雷达、微波光子系统以及太赫兹等领域。本文系统地研究了一种利用有源相移光纤光栅作为谐振腔的窄线宽光纤激光器,并探索其在传感领域的应用。本文在相移光纤光栅的理论仿真及制备、光纤激光器谐振腔结构优化与线宽测试、激光器双折射调控与偏振特性、高双折射窄线宽光纤激光器的传感应用等方面开展了研究工作。论文的主要内容包括:1.研究了紫外激光相位掩模板扫描法制备光纤光栅技术成功设计并搭建了紫外激光相位掩模法制备光纤光栅实验装置,系统研究了光纤光栅的制备工艺,通过静态相位掩模板法和动态相位掩模板法在载氢光纤上成功写制高质量的均匀光纤光栅（FBG）,反射率达99%以上,研究了不同光栅长度、不同光栅反射率下的光栅带宽。另外,利用紫外激光遮挡相位掩模板扫描法制备了高质量的相移光纤光栅（PS-FBG）,通过不同扫描速度、不同扫描长度实现不同相移量的PS-FBG的制备,其相移峰的3 dB带宽小于4 pm。基于光纤光栅的耦合模理论和传输矩阵理论对FBG和PS-FBG的光谱特性进行理论仿真,分析了光纤光栅长度、纤芯折射率调制对FBG和PS-FBG的光谱影响,通过理论分析和实验相结合的方法,归纳总结了FBG和PS-FBG的制备参数。2.实现一种基于对称阶跃型相移光纤光栅的窄线宽光纤激光器利用紫外激光相位掩模板扫描法在有源掺铒光纤上制备出π相移光纤光栅,获得了高性能的分布反馈（DFB）光纤激光器。针对DFB光纤激光器的输出性能,进行了全面分析和测试,包括泵浦阈值功率、斜率效率、工作稳定性、激光线宽特性等。为提高DFB光纤激光器的斜率效率,对PS-FBG的结构进行优化,提出了对称阶跃型PS-FBG的结构,该结构的相移区两边纤芯折射率呈对称阶跃分布,可以有效提高DFB光纤激光器的输出功率,实验测得对称阶跃型DFB光纤激光器的斜率效率高于均匀型DFB光纤激光器。该DFB光纤激光器具有窄线宽特性（2.6 kHz）和很高的工作稳定性（经24小时长期工作后,激射激光的中心波长和输出光功率波动分别小于12 pm和0.13 dB）。3.提出并实现窄线宽光纤光栅激光器的两种偏振调控技术利用光纤侧边抛磨技术和飞秒激光直写应力柱技术实现了光纤光栅激光器的偏振调控。首先,搭建了光纤侧边抛磨系统,通过对光纤光栅激光器的谐振腔（即有源PS-FBG）进行侧边抛磨,可以连续改变PS-FBG的双折射,进而实现偏振拍频调控,研究了抛磨厚度、抛磨粗糙度和抛磨方向对激光偏振拍频的影响,实现拍频信号从475.5 MHz至2080.4 MHz范围内调控。同时,提出一种单偏振DFB光纤激光器的制备方法,通过光纤侧边抛磨技术改变光纤激光器其中一个偏振态的激射阈值功率,在一定泵浦功率范围内保证只有一个偏振态可以正常激射,从而实现光纤激光器单偏振工作。另外,搭建了一套飞秒激光直写应力柱系统,利用800 nm飞秒激光在有源光纤的包层内直接写入应力柱,实现光纤光栅激光器的偏振调控。通过引入直线型应力柱和锯齿型应力柱,在光纤光栅内引入的双折射大小可达到商用保偏光纤如熊猫光纤的双折射量级(3.0×10-4)。利用该技术实现了光纤光栅激光器在121.1 MHz至3393.4 MHz范围内的偏振拍频调控。4.研究了双偏振光纤光栅激光器的传感特性首先,利用基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅作为传感单元,实现应变和温度双参数同时测量。利用光栅中心波长和双偏振模波长差两个参量进行解调,实现应变灵敏度1.24 pm/με和2.14×10-2 pm/με,温度灵敏度9.52 pm/°C和0.13pm/°C。其次,研究了一种基于飞秒激光直写双应力柱结构的高双折射光纤光栅激光传感器,通过监测光纤光栅激光器的偏振拍频信号和激射波长实现了应变和温度的同时测,应变灵敏度分别为34.5 kHz/με、1.25 pm/με,温度灵敏度分别为684.6 kHz/°C、11.5 pm/°C。另外,研究了光纤光栅激光器对横向压力传感特性,通过监测光纤光栅激光器的偏振拍频信号实现横向压力测量。实验结果表明:该光纤光栅激光传感器对横向压力的响应具有明显方向性,对横向压力响应的灵敏度最高达132.89 MHz/（N/mm）。本文从模拟仿真、系统构建、器件加工、性能测试等方面,系统研究了窄线宽光纤光栅激光器的设计、构建、优化与应用,研究成果对于光通信领域作为理想相干光源有重大的学术意义,对于光纤激光传感技术领域有巨大的应用价值。
吴良英[9]（2020）在《基于啁啾相移光纤光栅的关键器件研究》文中指出光纤光栅是最常见的光学器件之一,基于光纤光栅的光电子器件具有体积小、易集成和易与光纤通信系统相连接等优点,是光网络的重要基础。啁啾相移光纤光栅（PS-CFBG）通过在啁啾光纤光栅（CFBG）上引入相移,使其频谱内打开一个或多个极窄的“窗口”,在多通道窄带滤波方面具有明显优势,能够广泛应用于波分复用、多波长调制以及多参量传感等领域。本论文采用V-I传输矩阵法深入分析了PS-CFBG的频谱特性,并以此为基础研究了基于PS-CFBG的可调滤波器、高能量脉冲激光器及微米量级的精确定位传感器。主要工作和创新成果如下:1.利用V-I传输矩阵法建立相移光纤光栅的理论模型,研究结果表明与常见的三种分析方法（传输矩阵法、F-P腔等效法和多层膜法）相比,在理论分析和仿真计算相移光纤光栅的频谱特性上,V-I传输矩阵法在保证计算精度的前提下具有更高的计算效率。2.研究了基于PS-CFBG和保偏PS-CFBG的两种可调滤波器,其滤波强度、波长、波长间隔和数目可以通过改变相移的大小、位置和数目进行调节,滤波强度达到最大时,滤波器的窄带带宽为最小,理论上可获得的最小窄带带宽低至0.008nm。利用压电陶瓷片在CFBG和保偏CFBG上引入相移,通过调节其驱动电压改变相移量的大小,实现了两种滤波器滤波强度的调谐,为可调谐窄带滤波器的研究提供了一种新的思路。3.研究并搭建了一种利用压电陶瓷片引入相移的PS-CFBG掺铒光纤环形激光器,在压电陶瓷片上加载直流电压和方波信号,分别得到连续和脉冲激光输出。设置激光器的泵浦功率为107 m W,当加载的直流电压为75 V时,获得信噪比为60 d B的连续激光输出;当加载的方波信号幅度为75 V、频率为1 k Hz和2 k Hz时,获得能量为1.67μJ和2.77μJ的脉冲激光输出。4.提出并搭建了一种基于保偏PS-CFBG的双波长掺铒光纤环形激光器,该激光器将压电陶瓷片粘贴于保偏CFBG以实现窄带滤波。当激光器的泵浦功率为135 m W、压电陶瓷片的驱动电压为60 V时,输出波长间隔为0.384 nm、光信噪比大于40 d B的双波长激光,且输出的两个波长可以通过腔内偏振态的调节实现单波长输出与切换。5.研究了一种基于级联CFBG的应变和应变点精确定位传感器,理论研究表明该传感器可实现精确到微米量级的应变点定位。利用压电陶瓷片在级联CFBG上引入微应变,通过调节其驱动电压改变应变量的大小,测得该传感器在单个CFBG上多个应变点和多个CFBG上单个应变点两种级联情况下外界应变改变时的频谱变化,实现应变传感,其最大的应变灵敏度为0.19 pm/με。
徐锡镇[10]（2019）在《蓝宝石光纤光栅的制备及高温传感特性研究》文中提出光纤高温传感器在金属冶炼、油气化工、航空航天等领域具有重要的研究和应用价值,特别是航空发动机领域,要求耐温性能达到1000℃以上,甚至是1800℃。蓝宝石光纤具备十分优异的耐温特性,其熔点高达2053℃,因此蓝宝石光纤高温传感器在超高温传感领域的应用是目前研究的一大热点,基于蓝宝石光纤制备的黑体辐射型温度传感器、法布里-珀罗干涉仪、光纤光栅温度传感器等都得到一定的研究和发展。其中,基于蓝宝石光纤制备的光栅是蓝宝石光纤高温传感器的重要方向,但是蓝宝石光纤没有光敏性,且没有包层,属于多模传输。基于飞秒激光可以在非光敏性光纤中实现折射率调制的特性,提出飞秒激光逐线法在蓝宝石光纤上制备光纤光栅。通过高精度和高稳定性的气浮平台能灵活地写制不同周期的光纤光栅,并且通过逐线法能获得较大的调制面积,从而获得较高的反射率。本论文提出了基于飞秒激光逐线法在蓝宝石光纤制备光纤光栅,并研究了该方法制备的蓝宝石光纤光栅的光谱特性和高温传感特性。本论文的主要内容如下:1.阐述了单晶蓝宝石的物理化学特性、蓝宝石光纤的生长方法机制及其光学性能以及蓝宝石光纤光栅的理论分析和仿真。并通过机械抛磨的方法获得蓝宝石光纤平整的端面。对比了三种粒径（1、0.5和0.1μm）砂纸对蓝宝石光纤端面光滑程度的影响。研究了渐变折射率光纤的模场转换特性,并且获得了1/4周期渐变折射率光纤能将直径为10.40μm的单模模场转换成直径为18.57μm的单模模场,其发散角从0.127 rad减小至0.058 rad。基于1/4周期渐变折射率光纤可以提高不同模场直径的模场匹配度,但是由于蓝宝石光纤的高度多模化,单模能量占比不高,未能有效降低单模光纤和蓝宝石光纤的耦合损耗。所以基于渐变折射率光纤的多模传输特性,直接采用渐变折射率光纤与蓝宝石光纤耦合,相比于单模光纤和蓝宝石光纤连接耦合,渐变折射率光纤和蓝宝石光纤耦合可以将损耗减少10 dB。2.研究了利用飞秒（Femtosecond,Fs）激光逐线法在单晶蓝宝石光纤上制备蓝宝石光纤光栅（sappire fiber Bragg grating,SFBG）的特性。基于定义法测试并获得直径60μm蓝宝石光纤的SFBG的反射率为6.3%,信噪比为7.86 dB,3 dB带宽为6.08nm;直径100μm蓝宝石光纤上写制的SFBG的反射率为3.9%,信噪比为5.75dB,3 dB带宽为7.58 nm。结果表明直径60μm的蓝宝石光纤上制备的SFBG反射谱更优。进一步研究各个写制参数对光谱的影响:1)刻线长度从5μm增加到50μm,反射率从2.24 dB增加到7.86 dB;2)周期数从1126增加到2252,SFBG的反射率从7.09dB增加到10.01 dB。进一步研究SFBG处于蓝宝石光纤的位置对反射谱的影响,SFBG处于中间的反射率更高,达到12.46 dB,其反射峰波长为1553.32 nm。SFBG距离中间9μm,反射率下降为10.02 dB,反射峰蓝移至1550.59 nm。研究不同阶数的SFBG的反射谱特性,其反射率和3 dB带宽随着阶数增加先下降后增加。其中,6阶SFBG反射率最低为6.75 dB,3 dB带宽最窄为2.42 nm。研究了偏置耦合对SFBG反射光谱的影响,沿着垂直于SFBG的刻线方向移动,可以将SFBG的3 dB带宽从2.64 nm下降至1.39 nm,同时信噪比略微下降了1.14 dB。研究了SFBG阵列,在1525-1620范围内写制5个不同反射波长的SFBG形成阵列,并且测试了SFBG阵列从正反两个方向耦合时的反射谱。3.通过将飞秒激光逐线法发展为Fs激光多层逐线法在单晶蓝宝石光纤上制备多层SFBG。研究了飞秒激光聚焦点距离蓝宝石光纤表面不同深度加工时的刻线长度变化。通过使用相同的能量在直径为60和100μm的蓝宝石光纤内不同深度刻制40μm线长,可见在直径为60μm的蓝宝石光纤中距离表面5到13μm的深度能获得完整的40μm线长,在直径为100μm的蓝宝石光纤距离表面5到29μm能获得完整的40μm线长。基于飞秒激光多层逐线法制备SFBG,研究了层的刻制顺序,先写下层的信噪比高于先写上层1 dB。层数为2,层间距为5μm的SFBG的信噪比最高为15.51dB。进一步研究偏置耦合对双层SFBG的反射光谱的影响,双层SFBG的反射谱同样对偏置耦合具有方向选择性,当沿着垂直于刻线方向偏置时,SFBG的3 dB带宽从1.58 nm下降至1.32 nm,同时信噪比略微下降了0.5 dB,表明该方法能有效降低SFBG反射谱的3 dB带宽,同时能保持较高的反射率。4.研究了SFBG的高温响应特性,先采用B型热电偶探测了高温炉的温场分布,均温区范围在中低温时（1000℃以下）小于20 cm,在高温时（1000℃以上）增加至20 cm。SFBG的反射峰是由多个模式的反射峰叠加而成,呈现出众多尖峰,不利于寻峰。采取平滑滤波的方法对SFBG的反射光谱进行处理,研究了Adjacent averaging法和Savitzky-Golay法对SFBG反射谱的平滑效果,得出Savitzky-Golay法更能保留反射峰的高度和宽度等数据的特征。测试了SFBG的20-1612℃温度响应,其温度灵敏度在低温、中高温、高温分别为23.4、28.1和36.5 pm/℃。温度超过1785℃后,SFBG反射峰则永久消失。本论文通过优化刻线长度、写制能量、周期数、光栅位置、调制层数等写制参数,并通过错位耦合的方法有效拟制高阶模,得到反射率为6.3%,3 dB带宽为1.32nm,信噪比达到15.51 dB的蓝宝石光纤光栅。蓝宝石光纤光栅的耐温性能为1612℃,灵敏度达到36.5 pm/℃。并成功制备了包括5个不同波长的光栅阵列。
二、Novel Bandwidth Sensor Based Fiber Grating（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Novel Bandwidth Sensor Based Fiber Grating（论文提纲范文）
（1）光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略词 |
| 1.绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤传感器概述 |
| 1.2.1 基于高双折射光纤环镜的光纤传感器 |
| 1.2.2 光纤光栅传感器 |
| 1.3 游标效应概述 |
| 1.4 光纤光栅波长解调技术 |
| 1.5 虚像相位阵列 |
| 1.6 本论文结构安排 |
| 2.HIBI-FLM及有限反射虚像相位阵列相关理论分析 |
| 2.1 基于干涉效应的HIBI-FLM的理论分析 |
| 2.1.1 HiBi-FLM的传输理论 |
| 2.1.2 基于一段HBF的HiBi-FLM的传输特性 |
| 2.1.3 基于两段HBF的HiBi-FLM传输特性 |
| 2.1.4 包含三段HBF的HiBi-FLM传输特性 |
| 2.2 基于游标效应的光传感器结构理论分析 |
| 2.2.1 游标效应的工作原理 |
| 2.2.2 级联式游标效应 |
| 2.2.3 游标谱谱移的确定方法 |
| 2.2.4 并联式游标效应 |
| 2.3 基于FRVIA的致密阵列宽带锯齿滤波器 |
| 2.4 小结 |
| 3.基于HIBI-FLM的温度和应力双参量传感器 |
| 3.1 基于三段HBF的HIBI-FLM的温度和应力双参量传感器 |
| 3.1.1 温度和应力双参量传感原理 |
| 3.1.2 温度和应力双参量传感实验 |
| 3.2 基于HIBI-FLM结合FBG的温度和应变双参量传感器 |
| 3.2.1 基于HiBi-FLM结合FBG的温度-应变双参量传感器结构 |
| 3.2.2 温度和应变传感特性 |
| 3.3 本章小结 |
| 4.基于游标效应的高灵敏度HIBI-FLM温度传感器 |
| 4.1 基于级联干涉仪的高灵敏度温度传感器 |
| 4.1.1 级联HiBi-FLMs实现测量灵敏度放大的原理 |
| 4.1.2 温度传感特性 |
| 4.2 级联HIBI-FLMS传感器性能的进一步提升 |
| 4.3 分析与讨论 |
| 4.4 本章总结 |
| 5.基于交叉HIBI-FLMS的FBG波长高速解调系统 |
| 5.1 边缘滤波器的波长解调原理 |
| 5.2 解调系统工作原理 |
| 5.3 解调原理及实验 |
| 5.4 讨论 |
| 5.5 小结 |
| 6.基于JAWS滤波器的FBG波长解调系统 |
| 6.1 基于低损致密阵列宽带锯齿滤波器的FBG波长高速解调系统 |
| 6.2 基于FRVIA的JAWS滤波器 |
| 6.3 基于JAWS滤波器的波长解调系统及解调实验 |
| 6.4 对所提出波长解调系统的分析 |
| 6.5 小结 |
| 7.总结与展望 |
| 7.1 本论文工作总结 |
| 7.2 下一步拟进行的工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）基于新型特种少模光纤光栅的矢量模式转换的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 空分复用技术中的模分复用技术 |
| 1.2.1 空分复用技术的分类与特点 |
| 1.2.2 模分复用通信系统的分类与发展现状 |
| 1.2.3 基于模分复用通信系统的光纤型模式转换器的分类与应用 |
| 1.3 基于少模光纤光栅的模式转换的研究现状 |
| 1.3.1 少模光纤光栅的特点与分类 |
| 1.3.2 基于布拉格光纤光栅的模式转换的研究现状 |
| 1.3.3 基于长周期光纤光栅的模式转换的研究现状 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 2 基于光纤光栅模式耦合的理论基础 |
| 2.1 光波导的基础理论知识 |
| 2.1.1 光波导中的基本方程 |
| 2.1.2 光波导中模式的性质 |
| 2.2 全矢量复耦合模理论 |
| 2.3 基于全矢量复耦合模理论的系列特种结构光栅 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于空芯光纤的倾斜布拉格光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 3.1 在空芯光纤中写入倾斜布拉格光栅的矢量模式耦合特性的研究 |
| 3.1.1 空芯光纤的矢量模式传输特性 |
| 3.1.2 基于空芯光纤的倾斜布拉格光栅的相位匹配条件 |
| 3.1.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 3.2 本章小结 |
| 4 基于涡旋光纤的非对称布拉格光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 4.1 阶跃型少模光纤中写入非对称布拉格光栅的矢量模式耦合特性分析 |
| 4.1.1 阶跃型光纤的矢量模式传输特性 |
| 4.1.2 基于阶跃型光纤的非对称布拉格光栅的相位匹配条件 |
| 4.1.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 4.2 涡旋少模光纤中写入非对称布拉格光栅的矢量模式耦合特性分析 |
| 4.2.1 环形结构涡旋光纤的矢量模式传输特性 |
| 4.2.2 基于涡旋光纤的非对称布拉格光栅的相位匹配条件 |
| 4.2.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 4.3 基于自制光纤的非对称布拉格光栅的模式耦合特性研究 |
| 4.3.1 自制光纤的模式传输特性 |
| 4.3.2 基于自制光纤非对称布拉格光栅的模式耦合特性分析 |
| 4.3.3 基于自制光纤非对称布拉格光栅的实验验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于涡旋光纤的倾斜非对称布拉格光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 5.1 在阶跃型和涡旋光纤中写入倾斜非对称布拉格光栅的对比性研究 |
| 5.1.1 阶跃型与涡旋光纤的矢量模式传输特性的对比性分析 |
| 5.1.2 基于阶跃型和涡旋光纤的倾斜非对称布拉格光栅的相位匹配条件的分析 |
| 5.2 基于环芯结构涡旋光纤的倾斜非对称布拉格光栅的矢量模式耦合特性的分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 在不同激励矢量模式下,基于环芯光纤的倾斜布拉格光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 6.1 在不同激励矢量模式下,基于环芯光纤的倾斜布拉格光栅的相位匹配条件 |
| 6.2 不同激励矢量模式下,光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 基于新型特种结构长周期光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 7.1 在涡旋光纤中写入倾斜长周期光栅的矢量模式转换的研究 |
| 7.1.1 涡旋光纤的矢量模式传输特性 |
| 7.1.2 基于涡旋光纤的倾斜长周期光栅的相位匹配条件 |
| 7.1.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 7.2 在反抛物型渐变折射率光纤中写入机械微弯长周期光栅的矢量模式转换的研究 |
| 7.2.1 反抛物型渐变折射率光纤的矢量模式传输特性 |
| 7.2.2 基于反抛物型渐变折射率光纤的机械微弯长周期光栅的相位匹配条件 |
| 7.2.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 7.3 本章小结 |
| 8 总结与展望 |
| 8.1 本论文的研究成果 |
| 8.2 下一步拟开展的研究内容 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）基于荧光纳米材料的新型光纤传感器设计与应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 荧光纳米材料概述 |
| 1.3 光纤传感器概述 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 1.5 本论文的主要创新点 |
| 2 基于荧光纳米材料的光纤传感器 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于荧光纳米材料的光纤器件架构及原理 |
| 2.2.1 光纤类型和传感系统架构 |
| 2.2.2 荧光纳米材料与光纤的作用机制 |
| 2.3 基于荧光纳米材料的光纤器件制备工艺 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于量子点荧光纳米材料的微纳光纤传感器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 传感器原理及制备工艺 |
| 3.3 传感器性能评估 |
| 3.3.1 测试系统搭建及样品表征 |
| 3.3.2 传感器性能测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于上转换纳米材料荧光增强的微纳光纤传感器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 传感器结构及工作原理 |
| 4.3 传感器制备与性能分析 |
| 4.3.1 传感器的制备流程 |
| 4.3.2 传感器性能测试与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于多量子点荧光纳米材料的多参量光纤传感器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 传感器结构设计 |
| 5.3 传感器的结构计算与优化 |
| 5.3.1 光子晶体光纤设计 |
| 5.3.2 复合光纤光栅优化计算 |
| 5.4 传感器的多参量感知原理 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 攻读博士学位期间申请的专利 |
（4）光纤传感网络的解调系统及算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 光纤传感系统的原理、种类及应用场景 |
| 1.3 光纤光栅传感技术 |
| 1.3.1 普通无源光纤光栅传感系统 |
| 1.3.2 有源光纤光栅激光传感系统 |
| 1.4 论文的主要内容与组织架构 |
| 第二章 光纤光栅传感系统的解调技术及其研究现状 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤光栅传感的典型解调技术 |
| 2.2.1 普通无源光纤光栅传感解调系统 |
| 2.2.2 有源光纤光栅激光传感解调系统 |
| 2.3 光纤光栅传感的典型复用技术及解调系统 |
| 2.3.1 普通无源光纤光栅传感器的典型复用技术及解调系统 |
| 2.3.2 有源光纤光栅激光传感器的典型复用技术及解调系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 普通无源光纤光栅传感网络的新型解调系统设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 普通无源光纤光栅复用传感系统的光谱比较原理 |
| 3.3 光谱数据处理及解调算法的原理介绍 |
| 3.3.1 反射光谱的数据采集与插值处理 |
| 3.3.2 光谱的分割重组及不变矩特征检索的原理 |
| 3.4 普通无源光纤光栅复用传感系统的设计与实验分析 |
| 3.4.1 基于Hu不变矩特征检索(IMR)算法的准分布式光纤光栅传感解调系统的设计 |
| 3.4.2 实验与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 有源光纤光栅激光传感器的新型解调系统设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于分布式多纵模拍频技术的单腔传感系统研究 |
| 4.2.1 基于分布式多纵模拍频技术的单腔传感系统设计与原理分析 |
| 4.2.2 基于分布式多纵模拍频技术的单腔传感系统的实验分析 |
| 4.3 基于变分模态分解(VMD)算法和分布式多纵模拍频技术的多腔传感解调系统的研究 |
| 4.3.1 变分模态分解(VMD)算法原理介绍 |
| 4.3.2 基于变分模态分解(VMD)算法和分布式多纵模拍频技术的多腔传感系统 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于多纵模拍频传感技术的新型光纤时频振动解调系统设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于多纵模拍频技术的光纤振动传感系统介绍 |
| 5.2.1 基于多纵模拍频技术的光纤振动传感系统设计与原理分析 |
| 5.2.2 基于多纵模拍频技术的光纤振动传感系统的工作原理 |
| 5.3 基于多纵模拍频技术的光纤振动传感系统地介绍 |
| 5.3.1 时变滤波经验模态分解(TVF-EMD)算法原理介绍 |
| 5.3.2 实验与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文 |
（5）基于啁啾效应的光纤光栅加速度传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景和意义 |
| 1.2 光纤光栅加速度传感器研究现状 |
| 1.3 光纤光栅啁啾效应研究现状 |
| 1.4 课题研究内容 |
| 第二章 光纤光栅传感原理及啁啾效应现象 |
| 2.1 光纤光栅传感理论 |
| 2.2 光纤光栅啁啾效应分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 M形直角梁光纤光栅加速度传感器 |
| 3.1 基于直角梁FBG传感器原理 |
| 3.2 主要参数理论分析 |
| 3.3 结构参数优化设计 |
| 3.4 ANSYS仿真分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 正弦形曲率梁式光纤光栅加速度传感器 |
| 4.1 基于正弦形曲率梁式FBG传感器原理 |
| 4.2 主要参数理论分析 |
| 4.3 结构参数优化设计 |
| 4.4 ANSYS仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 传感器性能测试及分析 |
| 5.1 FBG加速度传感器封装 |
| 5.2 传感器实验测试系统 |
| 5.3 直角梁光纤光栅加速度传感器性能测试 |
| 5.4 正弦形曲率梁式FBG加速度传感器性能测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）对称熔融拉锥型光纤光栅温度和应力传感特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤光栅的发展 |
| 1.3 光纤光栅在传感领域的应用 |
| 1.4 锥形光纤光栅发展历程 |
| 1.5 论文主要工作内容 |
| 第二章 光纤光栅理论分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤光栅基本理论 |
| 2.2.1 耦合模理论 |
| 2.2.2 传输矩阵法 |
| 2.3 光纤Bragg光栅传感原理分析 |
| 2.3.1 温度传感特性 |
| 2.3.2 轴向应变传感特性 |
| 2.4 温度-轴向应变交叉敏感理论 |
| 2.5 交叉敏感问题不同解决方案 |
| 2.6 锥形光纤光栅传感特性 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 对称熔融拉锥型光纤光栅传感特性仿真与分析 |
| 3.1 对称熔融拉锥型光纤光栅传感理论模型 |
| 3.1.1 轴向应变传感原理 |
| 3.1.2 温度传感特性理论 |
| 3.2 对称熔融拉锥型光纤光栅传感特性的仿真研究 |
| 3.2.1 轴向应力下传感特性仿真 |
| 3.2.2 光纤光栅温度传感特性 |
| 3.3 增敏方案及仿真分析 |
| 3.3.1 增敏后光纤光栅应力传感特性 |
| 3.3.2 增敏后光纤光栅温度传感特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 对称熔融拉锥型光纤光栅传感特性实验研究 |
| 4.1 电弧放电法制作的对称熔融拉锥型光纤光栅 |
| 4.1.1 对称熔融拉锥型光纤光栅光谱 |
| 4.1.2 轴向应力对对称熔融拉锥型光纤光栅反射谱的影响 |
| 4.1.3 温度对对称熔融拉锥型光纤光栅反射谱的影响 |
| 4.2 对称熔融拉锥型光纤光栅封装 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文工作 |
| 5.2 论文的创新点 |
| 5.3 重要结论 |
| 5.4 进一步工作 |
| 参考文献 |
| 附录:作者攻读硕士学位期间发表的论文及专利 |
| 致谢 |
（7）新型高精度光纤光栅应变传感技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 光纤传感技术概述 |
| 1.3 光纤应变传感技术国内外研究现状 |
| 1.3.1 干涉型光纤应变传感器 |
| 1.3.2 光纤背向散射型应变传感器 |
| 1.3.3 光纤光栅型应变传感器 |
| 1.4 新型光纤光栅矢量应变传感器 |
| 1.5 论文研究内容和创新点 |
| 1.6 论文结构 |
| 第二章 FBG理论及制备方法 |
| 2.1 FBG耦合模理论 |
| 2.1.1 Bragg谐振条件 |
| 2.1.2 FBG耦合模理论 |
| 2.1.3 FBG反射率 |
| 2.1.4 FBG带宽 |
| 2.1.5 切趾FBG |
| 2.2 FBG的制备机理 |
| 2.2.1 光纤光敏特性 |
| 2.2.2 提高光纤的光敏性 |
| 2.2.3 飞秒激光制备FBG的机理 |
| 2.2.4 飞秒激光FBG折射率调制类型 |
| 2.3 FBG刻写方法 |
| 2.3.1 基于飞秒激光逐点法的FBG刻写技术 |
| 2.3.2 基于相位掩模板的FBG刻写技术 |
| 2.4 实验室制备FBG系统 |
| 2.4.1 实验平台 |
| 2.4.2 相位掩模板刻写FBG实验装置 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于少模FBG的弯曲(位移)传感器 |
| 3.1 少模FBG的制备及机理 |
| 3.1.1 少模光纤的种类 |
| 3.1.2 少模FBG的制备 |
| 3.1.3 传感器弯曲应变响应机理和FMF模式耦合 |
| 3.2 基于四模FBG的方向性识别弯曲(位移)传感器 |
| 3.2.1 四模对芯FBG的制备 |
| 3.2.2 弯曲(位移)及温度响应测量 |
| 3.3 基于两模离轴FBG的方向性识别弯曲(位移)传感器 |
| 3.3.1 两模离轴FBG的制备 |
| 3.3.2 弯曲(位移)及温度响应测量 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 光纤熔接点集成双FBG的高温应变传感器 |
| 4.1 熔接点集成双FBG的制备及机理 |
| 4.2 FBG温度应变响应机理 |
| 4.2.1 FBG温度传感特性 |
| 4.2.2 FBG轴向应变传感特性 |
| 4.2.3 FBG温度和应变双参量测量原理 |
| 4.3 熔接点集成双FBG的温度及应变传感特性实验研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 FBG压力传感器的封装结构设计及优化 |
| 5.1 膜片式FBG压力传感器的结构设计方案 |
| 5.1.1 膜片式FBG压力传感器的基本结构 |
| 5.1.2 高精度FBG压力传感器的关键技术指标 |
| 5.1.3 压力传感器封装结构设计方案 |
| 5.2 传感器膜片(受力面)的分析及结构优化制作 |
| 5.2.1 膜片(受力面)失效模式计算及模拟 |
| 5.2.2 封装结构优化 |
| 5.2.3 传感器的结构封装 |
| 5.3 压力响应测试及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 问题和挑战 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的科研成果 |
| 作者简介 |
（8）窄线宽光纤光栅激光器的偏振调控及传感特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 窄线宽光纤光栅激光器的研究意义 |
| 1.3 窄线宽光纤光栅激光器的研究进展 |
| 1.4 光纤光栅激光器的偏振调控技术 |
| 1.5 窄线宽光纤光栅激光器的传感应用 |
| 1.5.1 相位解调型光纤激光传感器 |
| 1.5.2 偏振拍频解调型光纤激光传感器 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 窄线宽光纤光栅激光器的基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 掺铒光纤激光器的理论基础 |
| 2.2.1 光纤激光器的基本组成与工作原理 |
| 2.2.2 铒粒子的能级结构和光谱特性 |
| 2.2.3 吸收截面和发射截面 |
| 2.2.4 三能级速率方程 |
| 2.3 窄线宽光纤激光器的谐振腔 |
| 2.3.1 线形谐振腔 |
| 2.3.2 环形谐振腔 |
| 2.3.3 其他谐振腔 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 窄线宽光纤光栅激光器的谐振腔设计与光栅制备 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光纤光栅激光器谐振腔的理论分析 |
| 3.2.1 耦合模理论 |
| 3.2.2 传输矩阵法 |
| 3.2.3 均匀光纤布拉格光栅的理论仿真 |
| 3.2.4 相移光纤布拉格光栅的理论仿真 |
| 3.3 紫外激光相位掩模板扫描法制备光纤光栅技术 |
| 3.3.1 光纤载氢技术 |
| 3.3.2 紫外激光相位掩模板扫描法制备系统 |
| 3.3.3 均匀光纤布拉格光栅的光谱特性研究 |
| 3.3.4 相移光纤布拉格光栅的光谱特性研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 窄线宽光纤光栅激光器的研制与测试 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 分布反馈光纤激光器的基本结构 |
| 4.2.1 对称型激光器谐振腔结构 |
| 4.2.2 非对称型激光器谐振腔结构 |
| 4.3 窄线宽光纤光栅激光器的理论分析 |
| 4.4 窄线宽光纤激光器的输出特性 |
| 4.5 窄线宽光纤激光器的线宽理论和测试表征 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于侧边抛磨的光纤光栅激光器偏振调控技术 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 偏振基础理论 |
| 5.3 光纤侧边抛磨系统 |
| 5.4 利用侧边抛磨技术实现光纤光栅激光器的偏振拍频调控 |
| 5.4.1 偏振拍频调控的工作原理 |
| 5.4.2 双偏振DFB光纤激光器的制备与测试 |
| 5.4.3 基于侧边抛磨的DFB光纤激光器偏振调控实验 |
| 5.5 利用侧边抛磨技术实现单偏振光纤光栅激光器 |
| 5.5.1 侧抛单偏振光纤激光器工作原理 |
| 5.5.2 侧抛单偏振光纤激光器的实验研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于应力柱的光纤光栅激光器偏振调控技术 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 飞秒激光写制应力柱技术及实验装置 |
| 6.3 光纤光栅偏振相关特性与测试系统 |
| 6.4 高双折射光纤光栅的制备及测试 |
| 6.4.1 基于直线型应力柱的高双折射光纤光栅 |
| 6.4.2 基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅 |
| 6.5 光纤双折射变化对光栅输出偏振态的影响 |
| 6.6 基于锯齿型应力柱的光纤光栅激光器偏振调控 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 窄线宽光纤光栅激光器的传感特性研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 基于光纤光栅的双参数同时测量原理 |
| 7.2.1 双波长矩阵法 |
| 7.2.2 双参数矩阵法 |
| 7.3 基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅应变和温度传感技术 |
| 7.3.1 高双折射光纤光栅的基本传感原理 |
| 7.3.2 高双折射光纤光栅的应变和温度双参数测量 |
| 7.4 基于光纤光栅激光器偏振拍频的应变和温度同时传感技术 |
| 7.4.1 基于双偏振光纤光栅激光器的应变和温度同时传感原理 |
| 7.4.2 基于双偏振光纤光栅激光器的应变和温度同时传感实验 |
| 7.5 基于光纤光栅激光器偏振拍频测量的横向压力传感技术 |
| 7.5.1 光纤光栅激光器的横向压力传感原理 |
| 7.5.2 光纤光栅激光器的横向压力传感测量 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 工作总结与展望 |
| 8.1 工作总结 |
| 8.2 本文的创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 指导教师对研究生学位论文的学术评语 |
| 答辩委员会决议书 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| 附:发表论文首页 |
（9）基于啁啾相移光纤光栅的关键器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤光栅的发展和应用 |
| 1.2.1 光纤光栅的发展 |
| 1.2.2 光纤光栅的应用 |
| 1.3 相移光纤光栅的特性和应用 |
| 1.3.1 相移光纤光栅的特性 |
| 1.3.2 相移光纤光栅的应用 |
| 1.4 相移的引入方法研究 |
| 1.4.1 固定相移的引入方法 |
| 1.4.2 可调相移的引入方法 |
| 1.5 本文的主要内容和章节安排 |
| 2 相移光纤光栅的V-I传输矩阵理论分析和研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 相移光纤光栅的常规分析方法 |
| 2.2.1 传输矩阵法 |
| 2.2.2 F-P腔等效法 |
| 2.2.3 多层膜法 |
| 2.3 相移光纤光栅V-I传输矩阵理论模型 |
| 2.3.1 理论模型 |
| 2.3.2 准确性和计算效率 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于啁啾相移光纤光栅的可调滤波器研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 啁啾相移光纤光栅型可调滤波器 |
| 3.2.1 V-I传输矩阵理论模型 |
| 3.2.2 仿真分析 |
| 3.2.3 实验验证 |
| 3.3 保偏啁啾相移光纤光栅型可调滤波器 |
| 3.3.1 V-I传输矩阵理论模型 |
| 3.3.2 仿真分析 |
| 3.3.3 实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于啁啾相移光纤光栅的激光器研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于啁啾相移光纤光栅的连续光纤激光器 |
| 4.2.1 结构和原理 |
| 4.2.2 实验结果和分析 |
| 4.3 基于啁啾相移光纤光栅的脉冲光纤激光器 |
| 4.3.1 结构和原理 |
| 4.3.2 实验结果和分析 |
| 4.4 基于保偏啁啾相移光纤光栅的双波长光纤激光器 |
| 4.4.1 结构和原理 |
| 4.4.2 实验结果和分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于级联啁啾相移光纤光栅的精确定位传感研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 传感器的结构和工作原理 |
| 5.2.1 传感器的结构 |
| 5.2.2 工作原理 |
| 5.3 理论和实验研究 |
| 5.3.1 理论研究 |
| 5.3.2 实验结果和分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结和展望 |
| 6.1 本论文主要研究内容和成果 |
| 6.2 下一步工作计划 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（10）蓝宝石光纤光栅的制备及高温传感特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 高温传感测量与应用需求 |
| 1.2 现有高温测量方法 |
| 1.2.1 热电偶高温传感器 |
| 1.2.2 热成像高温传感器 |
| 1.3 石英光纤高温传感器 |
| 1.3.1 光纤光栅的制备技术及类型 |
| 1.3.2 光纤光栅高温传感器 |
| 1.3.3 光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器 |
| 1.4 蓝宝石光纤高温传感器 |
| 1.4.1 黑体辐射型蓝宝石光纤高温传感器 |
| 1.4.2 蓝宝石光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器 |
| 1.4.3 蓝宝石光纤光栅高温传感器 |
| 1.5 本论文的主要内容 |
| 第二章 多模光纤布拉格光栅的模式理论 |
| 2.1 光纤模式理论 |
| 2.2 单模光纤的耦合模理论 |
| 2.3 单模光纤和多模光纤的耦合效率 |
| 2.4 多模光纤光栅的耦合模理论 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 单晶蓝宝石光纤的传输与耦合特性 |
| 3.1 蓝宝石光纤的物理特性及其制备技术 |
| 3.1.1 单晶蓝宝石的特性 |
| 3.1.2 单晶蓝宝石光纤的制备方法 |
| 3.1.3 蓝宝石光纤的传输损耗成因 |
| 3.2 单晶蓝宝石光纤的端面抛磨与检测 |
| 3.3 渐变折射率光纤的模场变换特性 |
| 3.4 蓝宝石光纤和渐变折射率光纤的耦合连接 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 飞秒激光逐线法制备蓝宝石光纤光栅 |
| 4.1 飞秒激光逐线法制备光栅技术 |
| 4.2 蓝宝石光纤光栅的反射率测试 |
| 4.3 蓝宝石光纤光栅的反射光谱测试 |
| 4.4 蓝宝石光纤光栅的光谱优化 |
| 4.5 不同阶数的蓝宝石光纤光栅的光谱特性 |
| 4.6 偏置耦合对蓝宝石光纤光栅光谱特性的影响 |
| 4.7 蓝宝石光纤光栅阵列的光谱特性 |
| 4.8 小结 |
| 第五章 飞秒激光多层逐线法制备多层光栅 |
| 5.1 飞秒激光在蓝宝石光纤中的调制区域研究 |
| 5.2 飞秒激光多层逐线法制备光栅技术 |
| 5.3 不同层数的蓝宝石光纤光栅光谱特性 |
| 5.4 不同层间距的蓝宝石光纤光栅光谱特性 |
| 5.5 双层蓝宝石光纤光栅的偏置耦合光谱特性 |
| 5.8 小结 |
| 第六章 蓝宝石光纤光栅高温传感特性 |
| 6.1 高温测试装置 |
| 6.2 蓝宝光纤光栅在1612℃以下的高温响应特性 |
| 6.3 蓝宝石光纤光栅在1612℃以上的高温响应特性 |
| 6.5 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 本论文的创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
四、Novel Bandwidth Sensor Based Fiber Grating（论文参考文献）
- [1]光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究[D]. 丁志超. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]基于新型特种少模光纤光栅的矢量模式转换的研究[D]. 芈月安. 北京交通大学, 2021(02)
- [3]基于荧光纳米材料的新型光纤传感器设计与应用研究[D]. 胡思琪. 浙江大学, 2021(01)
- [4]光纤传感网络的解调系统及算法研究[D]. 余超. 江南大学, 2021(01)
- [5]基于啁啾效应的光纤光栅加速度传感器研究[D]. 张钰梓. 防灾科技学院, 2021(01)
- [6]对称熔融拉锥型光纤光栅温度和应力传感特性研究[D]. 赵宜超. 南京邮电大学, 2020(03)
- [7]新型高精度光纤光栅应变传感技术研究[D]. 苏丹. 西北大学, 2020
- [8]窄线宽光纤光栅激光器的偏振调控及传感特性研究[D]. 郭奎奎. 深圳大学, 2020(10)
- [9]基于啁啾相移光纤光栅的关键器件研究[D]. 吴良英. 北京交通大学, 2020(03)
- [10]蓝宝石光纤光栅的制备及高温传感特性研究[D]. 徐锡镇. 深圳大学, 2019(09)