摘要
随着物联网概念的提出，光纤通信网络建设的要求不断提高，光纤传感作为其中的关键环节，在生产生活、国防科技等领域都有重要应用。基于传统单模光纤的传感器逐渐难以满足高精度、高集成度与多功能的传感要求。因此可利用特种光纤特殊的物理结构以及丰富的光学性能实现高度集成、功能多样且稳定性和灵敏度更高的光纤传感。长周期光纤光栅作为典型的光纤无源器件，具有宽带宽、高灵敏度等优势，若以特种光纤为载体，可设计更具优势的光纤传感器。本论文基于两种特种双芯光纤设计了功能各异的传感器，并从理论分析和实验测试两方面对其传感特性进行了深入研究。 本论文的主要工作包括: 基于对称双实芯光纤设计了预加扭转力的长周期光纤光栅型扭转传感器。制备长周期光纤光栅前对双芯光纤预施加扭转力，使其具有固定剪切应变，在双芯光纤的不同位置写入周期不同，预扭转方向相反的两段长周期光纤光栅。光纤去扭转后光栅的形态将是左螺旋或右螺旋，由于两部分光栅的预扭转方向不同，因此具有相反的扭转响应，扭转灵敏度倍增。实验结果表明，该传感结构的扭转灵敏度在-60～60rad/m扭转范围内达到0.171nm/radm-1;在20～180℃范围内温度灵敏度约为76pm/℃;在0～2000με范围内轴向应变灵敏度最高为-0.27pm/με。 基于孔助双芯光纤设计了定向耦合器与长周期光纤光栅相结合的温湿度双参量传感器。由孔助双芯光纤自身形成的定向耦合器所产生的共振峰仅对温度变化响应而对湿度变化不响应。在中心纤芯上刻写长周期光纤光栅，实现芯模与高阶包层模之间的耦合，形成的共振峰对温度与湿度变化均响应。因此可利用定向耦合器形成的共振峰进行温度传感，同时对长周期光纤光栅共振峰湿度传感时的温度串扰进行补偿，实现无温度串扰的湿度传感。实验结果显示，在45～90％RH湿度范围内光栅共振峰的湿度灵敏度约为73.88pm/％RH，定向耦合器共振峰对湿度变化不敏感;在20～90℃温度范围内光栅共振峰的温度灵敏度约为22.32pm/℃，定向耦合器共振峰的温度灵敏度约为18.75pm/℃。
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