保偏光纤模间干涉理论及其传感应用关键技术的基础研究

本项目拟对常用保偏光纤的模间干涉机理和将其应用到光纤传感器中的关键技术进行深入研究，为基于模间干涉的光纤传感器设计提供充分的理论和实验基础。研究内容主要包括：从模式分析的角度深入研究领结型、熊猫型、椭圆型和一字型等保偏光纤双模干涉的产生机理和激励方式；从理论和实验两个方面研究各种保偏光纤模间干涉受光纤长度、弯曲、扭转等影响时模间干涉特性的变化规律；研究各种保偏光纤模间干涉输出光强变化同激励光源波长之间的关系；研究保偏光纤双模干涉输出边瓣拾取方案及实现技术。本项目的研究能够进一步完善保偏光纤模间干涉理论、促进光纤传感器设计原理和实验手段的发展，提高光纤传感器在工业生产中的实用化应用水平。

本项目以保偏光纤模间干涉技术的基础理论及其传感应用的关键技术为研究目标，从理论和实验两个方面对常用的椭圆芯型、熊猫型、领结型保偏光纤的模间干涉相关问题进行了深入研究，为模间干涉技术的传感应用提供了理论基础和实验参考。. 首先，项目完成了椭圆芯型、熊猫型、领结型常规保偏光纤和双空气孔型光子晶体保偏光纤模间干涉特性的理论建模和模式分析。分析结果表明上述光纤的模间干涉输出光强分布都具有双边瓣强度交替的规律，若能够对其中一个(或两个)边瓣的强度进行探测，即可以用来实现对引起模间干涉参数发生变化的外界物理量的测量。特别的，对于双空气孔结构的光子晶体保偏光纤，研究发现其模间相位差同光波长之间具有非常良好的线性关系，这一现象有望将模间干涉技术用于光波长解调的相关领域，为设计廉价的光波长解调器提供了一种全新的思路。. 然后，项目还研究了上述光纤双模工作波长、模间干涉拍长、在受到外界应力作用时的模间干涉输出响应特性等传感应用中的关键问题。建立了模间干涉输出分布特性测试实验、模间干涉拍长测定实验、基于模间干涉技术的高电压传感器实验等试验方法。从理论和实验上论证了模间干涉技术应用于光纤传感器设计中的可行性。研究结果表明模间干涉技术较之传统的光干涉技术有更长的干涉拍长，这使得模间干涉的响应灵敏度远低于传统的干涉技术，并不适合于微小变化物理量的测量，但是却非常适合于大范围变化的应力等物理量的光学测量，可以获得很好的稳定性和很宽的线性工作范围。. 最后，过本项目研究工作为模间干涉技术的传感应用奠定了理论基础和实验基础，为后续的模间干涉传感器设计及工程应用提供了很有价值的参考，推进了模间干涉技术的实用化进程。. 依托本项目的研究工作，课题组共发表标注基金资助的学术论文12篇，其中被SCI或EI收录8篇；申请发明专利两项；培养已毕业硕士研究生2名，博士研究生2名，另有4名研究生将于2013年5月答辩。