近年来,光纤中受激布里渊散射（Stimulated Brillouin scattering,SBS）特性及其应用的研究备受关注,SBS作为光纤中一种非常重要的非线性效应,其特性被广泛应用于光纤放大器、激光器、传感器等领域。光纤的SBS特性对于分布式温度/应变传感具有重要应用价值。目前对于单模光纤中SBS特性的研究已经较为完善。随着模分复用技术的出现,少模光纤（Few-mode fiber,FmF）的应用备受关注,目前对FmF中SBS特性及其规律还需深入研究,对于基于FmF中SBS特性的温度和应变传感性能还有待进一步提升。本文提出一种m型少模光纤（m-shaped few mode fiber,m-FmF）,并对基于此光纤SBS效应的温度/应变同时传感特性进行了研究,主要研究内容如下:1.首先,推导了FmF中SBS的数学表达式,并对光学和声学标量波动方程的求解进行了简要分析。FmF中的SBS效应是不同光学模式与声学模式之间相互作用的过程,因此得到光学模式和声学模式场分布的数值解对于研究SBS特性尤为重要。2.提出一种折射率分布呈m型的FmF,计算了不同光学模式对与所激励声学模式之间的声光有效面积,由此得到并分析了不同光学模式模式内和模式间相互作用的布里渊增益谱（Brillouin gain spectrum,BGS）。研究结果表明,在m-FmF中,LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对的BGS中都包含两个增益峰值较大且峰值差较小的散射峰,同时其频率间隔较大,而对于其他模式对的BGS来说,都呈现出散射峰相互重叠、增益峰值较小或峰值差较大的特点。因此LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对的BGS有利于实现温度和应变的同时传感。3.基于此m-FmF,分析了其结构参数（半径和折射率）对LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对BGS的影响,得到对应的优化光纤结构,并以此结构研究了基于LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对BGS的温度和应变传感性能。结果表明,随着温度和应变的增加,LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对的BGS中声学模式对应散射峰的峰值变化方向相反,其布里渊频移（Brillouin frequency shift,BFS）的变化量也均不相同,通过线性拟合BFS与温度和应变的数值变化关系,分别得到了基于LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对BGS的温度和应变传感系数,进一步得到温度和应变的误差分别为0.21℃、5.20με和0.23℃、5.67με。本文所提出的基于m-FmF中SBS效应的温度和应变传感方案与现有研究相比拥有更高的灵敏度和更低的误差,本论文的研究结果对FmF中SBS特性及其温度和应变同时传感应用具有重要的参考价值。
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