长周期光纤光栅高灵敏度折射率传感器

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 (1)

1.1 课题研究的意义及背景 (1)

1.2 海洋温盐深探测技术国内外研究进展 (1)

1.3 光纤光栅传感技术特点 (3)

1.4 论文的主要研究内容 (3)

第二章长周期光纤光栅理论分析 (5)

2.1 光纤光栅简介 (5)

2.2长周期光纤光栅用于传感的理论基础 (7)

2.3长周期光纤光栅耦合特性 (10)

2.4 长周期光纤光栅的传输谱特性 (17)

2.5 小结 (22)

第三章长周期光纤光栅折射率传感器灵敏度特性研究 (24)

3.1 包层直径对长周期光纤光栅传输谱特性的影响 (24)

3.2 长周期光纤光栅折射率灵敏度的计算 (26)

3.3 包层直径对折射率灵敏度的影响规律 (27)

3.4 小结 (28)

第四章实验与分析 (30)

4.1 光纤载氢 (30)

4.2 激光掩膜法制作长周期光纤光栅 (31)

4.3 长周期光纤光栅的封装 (32)

4.4 实验测NaCl溶液的折射率 (32)

4.5 小结 (36)

第五章总结与展望 (37)

致谢 (39)

参考文献 (40)

第一章绪论

1.1 课题研究的意义及背景

随着社会的发展，陆地资源越来越贫瘠、不可再生资源逐渐减少等问题逐渐突出，因此，海洋资源探索的重要性也越来越被人们所重视。海洋占有地球70%左右的广阔面积，海洋中蕴藏着极为丰富的矿产资源、生物资源等，海洋资源合理有效的开发对于人类社会的发展具有非常重大的意义，海洋资源可持续的利用对于一个国家的经济发展有着重要的促进作用。如今世界上一些沿海国家都在大力开展海洋经济，其中美国、新加坡、英国和澳大利亚最为突出。虽然我国有300万平方千米的海洋领域和18000千米的海岸线，但是相对发达国家而言，我国对海洋中一些矿产资源的开发和利用相对比较落后，加强海洋资源的合理开发和海洋技术的研究对于我国海洋事业的发展显得越来越重要。海洋不仅给我们带来取之不尽的资源，对于一个国家而言，海洋还具有很高的军事价值。在国防军事科技领域中，海洋的温度、盐度和深度等相关水文数据的获得对潜艇的航行、隐蔽以及攻击等具有重要的指导意义，如何快速、精准得获取海洋中相关数据也成为了海洋研究专家以及军事专家的重点研究方向。

不同海水深度对应水压也不同，深海有非常高的压力，一万米深的深海低的压力能压破深潜器的钢壳；海水的温度也会随海深变化，一千米以下海水温度一般低于4℃，是一个非常寒冷的世界，很多生物无法生存；盐是人类赖以生存的必需品，不同深度、不同区域的海水，其含盐量不同。因此对海洋温度、深度、盐度的精准测量异常重要。温盐深传感器是一种广泛应用于海水温度、盐度和深度测量的智能传感器，它以其独特的优势广泛应用于海洋军事应用、国防军事科技、海洋资源开发、海洋环境监测以及海洋科学考察等领域【1】。

本论文基于中国科学院战略性先导科技专项，研发深海探测设备，设计船载拖曳式光纤温盐深剖面连续测量系统。目前我们对温度、深度的测量技术相对成熟，而对盐度的测量仍处于理论研究阶段。海水的盐度是海洋中一个重要的水文数据，海水盐度的变化能对海洋环境以及气候产生作用，实时精准地对海水盐度进行高效监测对海洋养殖、海洋环境保护、海洋资源开发及现代军事等都有着重要意义。当前人们使用的电导率传感器和微波法等测量海水盐度的方法都有其自身难以克服的弱点，很难满足社会不断发展的需求，研究出一款灵敏度高、反应时间快、稳定可靠的新型盐度传感器具有非常重要的现实意义。本论文研究了一款基于长周期光纤光栅的高灵敏度的折射率传感器。一定温度条件下，海水的盐度和其折射率呈现一种确切的关系，如果测得了海水的折射率，既可得到当前海水的盐度【2】。

1.2 海洋温盐深探测技术国内外研究进展

1.2.1国外发展状况