光纤MZI干涉传感器模式耦合理论及实验研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着经济的迅猛发展和社会的不断进步,环境污染和工程质量问题已成为制约社会和谐发展的重要因素。开发新型用来监测的传感器,已成为当今学术界以及工程界的研究热点。

光纤制作最初的技术瓶颈在光纤传输损耗大。1966年,英华裔科学家高锟提出在光纤制作过程中去除金属离子杂质可以实现低损耗光纤传输。随后,美国康宁公司经过4年的研究,成功掌握了衰减系数小于20db/km的光纤制造技术。1976年,公司通过研究进一步将光纤的衰减降到0.5db/km。随着材料的多样化和光纤制作技术的不断进步,目前为止,光纤的衰减在1550mm处已能够降至0.149db/km。[1]

随着光纤技术的不断发展,光纤的传输性能不断的提高,应用成本也在逐年下降。基于干涉原理的光纤传感器是一种结构灵活、灵敏度高、应用范围广的传感器类型。与传统电子传感器相比,光纤传感器由于具有结构灵巧、质轻价廉、抗电磁干扰及腐蚀、易于复用和远程感测、传输容量大等优点,因此被越来越多地应用于各种领域的监测,如:桥梁安全监、油气管道监控、周界安防等。尤其是相位调制型的光纤传感器,因其可在大范围内实现对外界参量快速而精确的动态测量而受到诸多关注。在此类传感器当中,光纤马赫-曾德尔干涉仪(mzi)是重要且应用广泛的结构形式之一,它主要是通过外界参量改变信号臂与参考臂之间的相位差,再利用解调技术获知参量的实时变化信息。全光纤mzi由于将两路传输光集成在同一根光纤之中,使器件更加灵巧、性价比更高且易于封装,近几年成研究热点。[2]

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2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容

传统mzi的基本结构可以用两个光纤耦合器和若干光纤构成。一体化的 inline mzi 传感器区别于传统的分立原件的mzi,可在单根光纤内实现干涉功能,具有体积小、灵敏度高、响应速度快、动态范围大等优点,被广泛应用于物理、化学和生物传感领域。在单根光纤上实现inline mzi的功能需要一些特殊的结构使得两束光信号经过不同的波导结构,产生一定的相位差,从而产生稳定的干涉图样。当外界参量发生变化时,通过观测干涉图样的变化进行传感应用。本毕设将开展光纤inline mzi干涉型传感器的理论及实验研究,对不同结构的传感器透射谱进行仿真模拟,探究结构参数对光谱的影响,并开展验证实验。

2.2目标

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解inline mzi的应用及分析方法完成开题报告;

第4 - 6周:完成英文文献翻译,进一步完善研究目标,弄清传感原理,进行仿真分析;

第7 - 9周:设计并制作结构,通过实验完成对折射率的测量;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]张珊珊.新型光纤m-z干涉传感结构及特性研究[d].南开大学,2014.

[2]亓志扬.基于马赫-曾德尔干涉仪的光纤扭转传感器[j].光学技术,2019(01).

[3]黎敏,廖延彪.光纤传感器及其应用技术.北京:科学出版社,2018.6.

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