基于相位掩模板在线制作拉丝塔光栅的方法及装置研究

摘要

随着物联网技术的迅速发展，作为物联网的关键领域—传感网络面临着越来越紧迫的发展需求。光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)是一种对多参量敏感的传感元件，可以通过波分复用技术在一根光纤上串接多个光纤光栅进行分布式测量，因此，光纤布喇格光栅是构建大规模传感网络的理想传感器。利用相位掩模法在拉制光纤过程中制作光纤布喇格光栅，可形成光栅阵列，这种方法制作出的光栅阵列具有串接无焊点、损耗低、系统复用容量大、光栅机械强度大的优点。
　　制作光纤光栅的方法有很多，基于相位掩模板的光纤光栅制作方法是目前应用得最多、最成熟的方法。这种方法对光源的相干性要求不高，光学系统比较简单，易于操控，因此稳定、可靠、重复性好，适合光纤光栅的工业化生产。在拉丝塔上采用相位掩模板方法在线制作光纤光栅最大优点是可以精确可靠地控制光栅布喇格波长，尤其在制作全同光栅阵列方面优势明显。本文尝试用相位掩模板方法在拉丝塔上在线制作光纤光栅，根据相位掩模板制作光纤光栅的特点以及拉丝塔在线制作光纤光栅的要求，对相位掩模板的安装、光路的布置、在线监测等问题进行了研究，研制出一套拉丝塔在线制作光纤光栅的装置，并使用此装置在拉丝塔上进行了实验，在线制作出三组无焊点串接的光纤光栅阵列。本论文的主要内容包括以下几个方面:
　　(1)介绍了拉丝塔在线制作光纤光栅的研究背景、国内外发展状况以及研究意义，叙述了拉丝塔光栅(Draw Tower Grating，DTG)在组网方面上的优势;
　　(2)从光纤布喇格光栅的基本理论着手，对光栅的形成机理作了论述。在介绍了相位掩模法制作光栅的原理和理论推导基础上，阐述了掩模法制作拉丝塔光栅的优点;
　　(3)对拉丝塔光栅制作的可行性进行了分析，并进行了可行性实验。介绍了光纤拉丝塔的现场情况，提出制作拉丝塔光栅的实施方案;
　　(4)拉丝塔光栅在线刻写光栅装置和在线监测装置的研制和安装;
　　(5)利用刻写光栅装置和在线监测装置，成功制作出三组无焊点串接的光栅阵列，并作了详细的测量分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源、研究背景与意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景与意义

1．2 相关领域的国内外研究与发展状况

1．3 制作拉丝塔光栅的必要性

1．4 本文主要研究工作与论文组织结构

1．5 本章小结

第2章 光纤布喇格光栅的基本理论和制作方法

2．1 光纤光栅形成机理

2．1．1 光纤光敏性机制

2．1．2 光纤增敏方式

2．2 相位掩模法制作光纤光栅

2．2．1 相位掩模板

2．2．2 相位掩模法制作光栅波长理论推导

2．3 相位掩模法制作拉丝塔光栅的优点

2．4 本章小结

第3章 制作拉丝塔光栅的可行性实验与方案研究

3．1 单脉冲制作光栅可行性研究

3．1．1 单脉冲动态竖直刻写光栅可行性分析

3．1．2 单脉冲静态竖直制作光栅与实验装置

3．1．3 模拟动态单脉冲制作光栅与实验装置

3．2 拉丝塔现场条件

3．3 基于相位掩模板制作拉丝塔光栅实施方案

3．4 本章小结

第4章 刻写拉丝塔光栅装置研制

4．1 刻写光纤光栅装置

4．2 在线监测装置

4．2．1 光纤与掩模板间距及平行状况

4．2．2 光斑焦线与光纤对准

4．3 本章小结

第5章 拉丝塔在线制作光纤光栅阵列

5．1 58个光栅阵列

5．2 164个光栅阵列

5．3 250个光栅阵列

5．4 本章小结

第6章 全文总结和工作展望

6．1 全文工作总结

6．2 下一步工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参与的项目