[发明专利]一种评估多模声波导光纤温度与应变灵敏度的方法

权利要求书

1.一种评估多模声波导光纤温度与应变灵敏度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据已知多模声波导光纤的折射率分布，计算得到该光纤的有效折射率n_eff；

步骤二、根据多模声波导光纤布里渊增益谱中的第i个布里渊峰peak i和第j个布里渊峰peak j的功率公式得到布里渊拍频谱中的拍频峰peak(i，j)的功率公式

PBBS(i,j)=2·Pp(0)neff5exp(-2αz)π2Kp122cW·T3λ2·(1+ki(ϵ,T))(1-2ki(ϵ,T))(1-ki(ϵ,T))Ei(ϵ,T)Aiao(ϵ,T)(1+kj(ϵ,T))(1-2kj(ϵ,T))(1-kj)Ej(ϵ,T)Ajao(ϵ,T);]]>

其中，P_P(0)为入射光功率，α为光纤衰减系数，z是距离光纤初始端的位置，K是玻尔兹曼常量，c是真空中的光速，W为入射脉宽，T为温度，λ是入射波长，p₁₂是光纤的光弹系数，ε为应变，k_i(ε，T)为第i个声模式被激发处光纤的泊松比函数，k_j(ε，T)为第j个声模式被激发处光纤的泊松比函数，E_i(ε，T)为第i个声模式被激发处光纤的杨氏模量函数，E_j(ε，T)为第j个声模式被激发处光纤的杨氏模量函数，为第i个声模式对应的声光有效面积函数，为第j个声模式对应的声光有效面积函数，i与j均为大于0的整数；

步骤三、当光纤处于线性应变区域以及温度T为室温T₀下，在应变ε＝0处，对步骤二得到的功率公式进行泰勒展开，计算得到拍频峰peak(i，j)的功率-应变系数C_pε(i,j)，

Cpϵ(i,j)=Δneffϵ+ΔEiϵ+ΔEjϵ+Δkiϵ+Δkjϵ+ΔAiϵao+Ajϵao;]]>

其中，

Δneffϵ=5neff[∂neff(ϵ,T0)∂ϵ]|ϵ=0;]]>

ΔEiϵ=-12Ei[∂Ei(ϵ,T0)∂ϵ]|ϵ=0;]]>

ΔEjϵ=-12Ej[∂Ej(ϵ,T0)∂ϵ]|ϵ=0;]]>

Δkiϵ=ki(ki-2)(1-ki)(1+ki)(1-2ki)[∂ki(ϵ,T0)∂ϵ]|ϵ=0;]]>

Δkjϵ=kj(kj-2)(1-kj)(1+kj)(1-2kj)[∂kj(ϵ,T0)∂ϵ]|ϵ=0;]]>

ΔAiϵao=-12Aiao[∂Aiao(ϵ,T0)∂ϵ]|ϵ=0;]]>

ΔAjϵao=-12Ajao[∂Ajao(ϵ,T0)∂ϵ]|ϵ=0;]]>

其中，n_eff(ε，T₀)为在温度T等于室温T₀时关于应变ε的有效折射率函数，E_i为第i个声模式被激发处光纤的杨氏模量，E_j为第j个声模式被激发处光纤的杨氏模量，E_i(ε，T₀)为第i个声模式在温度T等于室温T₀时关于应变ε的杨氏模量函数，E_j(ε，T₀)为第j个声模式在温度T等于室温T₀时关于应变ε的杨氏模量函数，k_i为第i个声模式被激发处光纤的泊松比，k_j为第j个声模式被激发处光纤的泊松比，k_i(ε，T₀)为第i个声模式在温度T等于室温T₀时关于应变ε的泊松比函数，k_j(ε，T₀)第j个声模式在温度T等于室温T₀时关于应变ε的泊松比函数，为光纤中第i个声模式对应的声光有效面积，为光纤中第j个声模式对应的声光有效面积，为第i个声模式在温度T等于室温T₀时关于应变ε的声光有效面积函数，为第j个声模式在温度T等于室温T₀时关于应变ε的声光有效面积函数；

步骤四、当光纤处于松弛状态下、温度T为室温T₀下对步骤二得到的功率公式作泰勒展开，计算得到拍频峰peak(i，j)的功率-温度系数C_pT(i,j)，

CpT(i,j)=ΔneffT+ΔEiT+ΔEjT+ΔkiT+ΔkjT+ΔAiTao+ΔAjTao+1/T0;]]>

其中，

ΔneffT=5neff[∂neff(0,T)∂T]|T=T0;]]>

ΔEiT=-12Ei[∂Ei(0,T)∂T]|T=T0;]]>

ΔEjT=-12Ej[∂Ej(0,T)∂T]|T=T0;]]>

ΔkiT=ki(ki-2)(1-ki)(1+ki)(1-2ki)[∂ki(0,T)∂T]|T=T0;]]>

ΔkjT=kj(kj-2)(1-kj)(1+kj)(1-2kj)[∂kj(0,T)∂T]|T=T0;]]>

ΔAiTao=-12Aiao[∂Aiao(0,T)∂T]|T=T0;]]>

ΔAjTao=-12Ajao[∂Ajao(0,T)∂T]|T=T0;]]>

其中，n_eff(0,T)为光纤松弛状态时关于温度T的有效折射率函数，E_i(0，T)为第i个声模式在光纤松弛状态时关于温度T的杨氏模量函数，E_j(0，T)为第j个声模式在光纤松弛状态时关于温度T的杨氏模量函数，k_i(0，T)为第i个声模式在光纤松弛状态时关于温度T的泊松比函数，k_j(0，T)为第j个声模式在光纤松弛状态时关于温度T的泊松比函数，为第i个声模式在光纤松弛状态时关于温度T的声光有效面积函数，为第j个声模式在光纤松弛状态时关于温度T的声光有效面积函数。