光纖光柵器件的V-I傳輸矩陣法特性分析及聲光調(diào)制、級(jí)聯(lián)檢測(cè)研究.pdf

1、基于光纖布拉格光柵(FBG)的光器件在高速光通信系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用?？焖儆行У孬@得單個(gè)或級(jí)聯(lián)FBG器件的光譜特性，是優(yōu)化設(shè)計(jì)基于FBG型光纖激光器、濾波器、放大器等各種光纖器件以及復(fù)雜分布式光傳感網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和保障。本文采用V-I傳輸矩陣法(VITMM)對(duì)基于FBG的光器件特性進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究，理論分析并優(yōu)化設(shè)計(jì)了全光纖聲光光柵調(diào)制器，研究了準(zhǔn)分布式FBG和啁啾疊柵兩類級(jí)聯(lián)光纖光柵檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。主要?jiǎng)?chuàng)新成

2、果如下:
　　1、首次建立了用于分析光纖光柵法布里-珀羅(F-P)腔譜特性的V-I傳輸矩陣模型，證明了該模型與常見的四種理論分析方法（類傳輸矩陣法、平行板干涉疊加法、遞推法及多層膜法）相比，在理論分析和仿真計(jì)算光纖光柵法布里-珀羅腔反、透射譜特性時(shí)，能夠在保證計(jì)算精度的前提下有效提高運(yùn)算效率。
　　2、采用VITMM，從譜線間隔與譜線數(shù)目、光柵反射率對(duì)譜線深度的影響、單縱模輸出條件及閾值腔長(zhǎng)三方面分析了分布布拉格反射(DBR

3、)光纖激光器諧振腔參數(shù)對(duì)模式選擇及激光輸出特性的影響。分析了基于FBG的單腔諧振腔和雙腔諧振腔兩種類型光纖激光器的傳輸譜特性。制作了由均勻光纖布拉格光柵(UFBG)和啁啾光纖光柵(CFBG)作為諧振腔反射鏡的DBR光纖激光器，實(shí)驗(yàn)獲得的激光輸出譜與仿真分析結(jié)果一致。
　　3、針對(duì)FBG型超聲探測(cè)，首次提出利用VITMM分析超聲波的幾何應(yīng)變效應(yīng)和彈光效應(yīng)對(duì)FBG折射率分布以及周期的調(diào)制，獲得了超聲波波長(zhǎng)與FBG長(zhǎng)度比值變化對(duì)FBG反

4、射光譜漂移的影響，所設(shè)計(jì)裝置的聲頻率響應(yīng)范圍為15-1380KHz。
　　4、采用三層均勻圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)建立了單模光纖型聲光光柵理論模型，并對(duì)其應(yīng)變特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用傅里葉模式耦合算法(FMC)獲得了FBG型聲光光柵在不同超聲波頻率及聲致應(yīng)變幅度下的反射譜，與傳統(tǒng)計(jì)算方法相比，F(xiàn)MC算法可以有效提高運(yùn)算效率。提出利用剪切模PZT產(chǎn)生縱向聲波，具有較高的聲光耦合效率。
　　5、利用由1000個(gè)弱反射FBG構(gòu)成的級(jí)聯(lián)光纖光柵傳

5、感系統(tǒng)進(jìn)行了溫度測(cè)試，溫度變化范圍為40℃-150℃，F(xiàn)BG的溫度靈敏度為10.7 pm/℃。給出了當(dāng)輸入光功率一定時(shí)，不同F(xiàn)BG反射率下，任意FBG反射光功率及一階串?dāng)_光功率與FBG個(gè)數(shù)的關(guān)系。提出了系統(tǒng)的信噪比優(yōu)化方案，通過調(diào)整電光調(diào)制器的工作狀態(tài)以及采用增加可調(diào)諧濾波器的方法，將系統(tǒng)的信噪比由5dB提高到15 dB。分別采用移動(dòng)相位掩膜板法和調(diào)節(jié)應(yīng)力法實(shí)驗(yàn)制作了啁啾疊柵，其自由光譜范圍可以通過改變相位掩膜板的位移量或者改變光纖軸向