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基于长周期光纤光栅的传感器与解调复用技术研究的任务书
任务书
一、课题背景与研究意义
长周期光纤光栅(LongPeriodFiberGrating,LPFG)是指在光纤中采用相邻波导模。当此种波导模的周期性失真，光纤在这一段失真的区间内形成几何相等的周期性折射率分布，从而形成了一种具有较强检测灵敏度和宽波带反射谱的光纤光栅传感器。LPFG传感器因其具有很强的温度、压力、应力等物理量的灵敏度和全程传感能力，在生产安全、液体检测、非线性光学等领域具有广泛的应用和发展前景。随着传感器技术的快速发展，同时也需要对传感器的解调复用技术进行进一步完善。
本研究将针对LPFG传感器的倍频解调复用技术，利用散射系数矩阵法(S矩阵法)进行研究，探索LPFG传感器在温度、压力等物理量感应下反射光谱的变化特性，并对复杂环境中传感器数据进行有效的解调和复用，揭示和预测各种物理现象的特点，从而实现对生产安全、液体检测、非线性光学等领域的智能化控制和监测，为传感器技术的发展提供新的思路和理论基础。
二、研究内容及任务
1.LPFG传感器倍频效应及解调复用技术研究
(1)研究LPFG传感器在温度、压力等物理量感应下的反射光谱变化规律，探讨其倍频效应特点；
(2)建立LPFG传感器倍频解调复用模型，通过理论计算和仿真验证其在温度、压力等物理量变化下的解调复用效果；
(3)评估LPFG传感器倍频解调复用技术在生产安全、液体检测、非线性光学等领域的应用前景。
2.基于S矩阵法的LPFG传感器解调复用
(1)研究S矩阵法在LPFG传感器中的应用机理和关键技术，确定其在传感器数据解调复用中的重要作用；
(2)通过S矩阵法，建立LPFG传感器反射谱与物理量之间的数学模型，对传感器数据进行解调复用；
(3)对S矩阵法与常规解调复用方法进行对比分析，评估其可行性和优越性，为传感器技术的研究提供新的思路和方向。
三、研究计划
1.第一阶段(1-3月)：LPFG传感器倍频效应的理论计算与仿真研究
（1）研究LPFG传感器的工作原理和倍频效应特点，探讨其在温度、压力等物理量变化下的反射光谱变化规律；
（2）通过理论计算和数值仿真验证LPFG传感器倍频解调复用模型的可行性和解调效率，进一步拓展其应用范围；
（3）撰写研究论文，撰写研究报告。
2.第二阶段(4-8月)：基于S矩阵法的LPFG传感器解调复用研究
（1）研究S矩阵法在LPFG传感器中的应用机理和关键技术，确定其在传感器数据解调复用中的重要作用；
（2）通过S矩阵法，建立LPFG传感器反射谱与物理量之间的数学模型，对传感器数据进行解调复用；
（3）对S矩阵法与常规解调复用方法进行对比分析，评估其可行性和优越性，为传感器技术的研究提供新思路和方向；
（4）撰写论文、编写研究报告。
3.第三阶段(9-12月)：研究成果总结和完善
（1）总结研究成果，撰写学术论文，参加学术会议，进行学术报告；
（2）实验室光纤光栅及其倍频解调复用系统的实现和技术应用验证；
（3）完善研究论文和研究报告。
四、参考文献
[1]SouzaFI,MoreiraE,PontesMJ,etal.TemperatureandstrainsensitivityeffectsofalongperiodfibergratingmadebyCO2laser[J].Opticscommunications,2013,307:33-40.
[2]何祚庥,陈倩,方华新.基于S矩阵的亚波长光纤光栅解调滤波方法[J].中国光学,2018,11(2):260-269.
[3]LiuY,ChenT,ZhangC,etal.Refractiveindexsensitivityenhancementoflong-periodfibergratingsbydepositionofcarbonnanotubeandaluminumoxidenanolayers[J].IEEEphotonicstechnologyletters,2014,26(5):448-451.
[4]EomJ,KimSH,KimJM,etal.Novelcladding-perturbation-inducedresonanceinalong-periodfibergrating[J].Opticsletters,1999,24(15):1020-1022.