Разработка и исследование чувствительных элементов для многофункциональных волоконно-оптических датчиков на основе длиннопериодной волоконной решётки

• Автор: Цирухин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Содержание

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Введение
Глава 1. Методы измерения неоптических параметров с помощью волоконно оптических датчиков (ВОД). Аналитический обзор

1.1 Микрорезонаторы в качестве ВОД

1.2. ВОД на основе брэгговских и длиннопериодных волоконных решеток

1.3. Волоконный интерферометры.Фабри-Перо и Маха-Цендера

1.4. Волокно в качестве оптического датчика

1.5. Обработка информации получаемой с ВОД

1.6. Применение полимеров в оптике и оптоэлектронике

1.7. Выводы по главе
Глава 2. Методы формирования периодических структур на поверхности оптических волокон
2.1. Длиннопериодные волоконные решётки с органическими
гофрами
2.2. Спиральные волоконные решётки
2.3. Выводы по главе
Глава 3. Экспериментальное исследование влияния внешних
ФАКТОРОВ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛОКОННЫХ
ДЛИННОПЕРИОДНЫХ РЕШЁТОК С ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
3.1. Спектральные характеристики длиннопериодных волоконных РЕШЁТОК С полимерным покрытием
3.2. Спектральные характеристики длиннопериодных волоконных
PF.TTTF.TOK СО СПИРАЛЬНЫМ ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
3.3. Выводы ПО ГЛАВЕ
Глава 4. Математическое моделирование оптических свойств ДВР с
ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
4.1. Математическое моделирование оптических свойств ДВР с ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
4.2. Определение эффективных показателей преломления оболочки и
СЕРДЕЧНИКА
4.3. Описание мод распространяющихся в сердечнике и оболочке волокна
4.4. Определение резонансной длины волн как функции периода ДВР
4.5. Описание спектра пропускания ДВР с помощью теории связанных мод
4.6. Оптимизация параметров гофрированных длиннопериодных волоконных решёток с полимерным покрытием
4.7. Влияние температуры на оптические характеристики длиннопериодной гофрированной волоконной решётки
4.8. Влияние давления на оптические характеристики длиннопериодной гофрированной волоконной решётки
4.9. Влияние изменения показателя преломления окружающей среды на оптические характеристики длиннопериодной гофрированной
ВОЛОКОННОЙ РЕШЁТКИ
4.10. Выводы по главе
Заключение
Список использованной литературы

Список сокращений и условных обозначений
ВОД - волоконно оптический датчик
ЧЭ - чувствительный элемент
ИИС - информационно-измерительная система
ДВР - длиннопериодная волоконная решётока
СДВР - спиральная длиннопериодная волоконная решётока
МТТТГ - мода шепчущей галереи
ВИДФП - внешний интерференционный датчик Фабри-Перо
ВнИДФП - внутренний интерференционный датчик Фабри-Перо
ВС - волоконное соединение
ВОС - волоконно-оптическая система
СИД - светоизлучающий диод
ПУ - полиуретан
НЦ - нитроцеллюлоза
ПММА - полиметилметакрилат
ПС - полистирол
ЭК - эпоксидный компаунд
ТКП - температурный коэффициент показателя преломления ТКР - температурный коэффициент линейного расширения
гладки и основная мода в таком соединении распространяется без потерь, тогда коэффициенты пропускания и отражения можно представит в виде уравнения (1.15):
где Кт - скалярное произведение между двумя модами в соединении. При возникновении внешнего воздействия происходит сдвиг фазы А8 в интерференционной картине образованной отраженными пучками от места соединения и конца измерительного волокна, уравнение (1.16):
где п- показатель преломления волокна, Ь - длина измерительного волокна, Д-оптическая разность хода и X - длина волны лазера. Отражённая мощность (Ру) в зависимости от сдвига фазы представлена в уравнении (1.17) [113]:
где Рі - входная мощность, г, - коэффициент отражения от места соединения подводящего и измерительного волокон, г2- коэффициент отражения от конца измерительного волокна.
На Рисунок 1.17. показана схема волоконно-оптического датчика для измерения температуры [115].
Датчик состоит из интерферометра Маха-Цендера, образованного двумя оптическими волокнами 3, 4 и двумя У-разветвителями 2. Излучение подается в интерферометр из лазера 1 и регистрируется на выходе интерферометра
(1.15)
4яА {hL)
(1.16)
(1.17)