基于正交偏振雙頻光纖激光器的微弱磁場(chǎng)傳感器研究.pdf

1、光纖傳感器通過(guò)采用光纖器件或纖或作為敏感元件,對(duì)應(yīng)變、溫度、壓力、磁場(chǎng)、電流、濕度等變量進(jìn)行測(cè)量,具有探測(cè)精度高、抗電磁干擾、可工作于惡劣環(huán)境、高靈敏度等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái),通過(guò)不斷汲取光纖光學(xué)領(lǐng)域涌現(xiàn)出來(lái)的新成果、新發(fā)現(xiàn),光纖傳感器已經(jīng)發(fā)展出多種多樣的形式,在性能上得到不斷提升,并已在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域取得應(yīng)用。光纖磁場(chǎng)傳感器能夠?qū)?qiáng)磁場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測(cè)量,在地質(zhì)勘探、工業(yè)檢測(cè)、軍事制導(dǎo)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而,現(xiàn)有光纖磁場(chǎng)傳感器通常

2、無(wú)法滿足微弱磁場(chǎng)測(cè)量的要求。針對(duì)這一問(wèn)題,本文提出了基于單縱模正交偏振雙頻光纖激光器和安培力的光纖磁場(chǎng)傳感器。這種傳感器是通過(guò)在銅導(dǎo)線下放置光纖光柵激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與已有技術(shù)不同,我們利用DBR光纖光柵激光器在兩正交方向上輸出激光的信號(hào)混頻產(chǎn)生的拍頻信號(hào)作為監(jiān)測(cè)信號(hào)。在垂直磁場(chǎng)下,電流流經(jīng)銅導(dǎo)線,產(chǎn)生安培力,擠壓光纖光柵激光器,激光腔內(nèi)產(chǎn)生的雙折射變化導(dǎo)致激光器的拍頻變化。當(dāng)采用交流電注入銅導(dǎo)線的方式時(shí),磁場(chǎng)誘導(dǎo)所產(chǎn)生的拍頻能有效對(duì)抗環(huán)

3、境干擾。通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行增敏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),我們研制的基于DBR正交偏振雙頻光纖激光器的磁場(chǎng)傳感器,具有高靈敏度,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),滿足對(duì)微弱磁場(chǎng)測(cè)量的要求。這一方案克服了已有技術(shù)的不足,具有較好的應(yīng)用前景。
　　本論文主要內(nèi)容如下:
　　(1)對(duì)DBR正交偏振雙頻光纖激光器的研制方法進(jìn)行了研究與優(yōu)化:利用193nm準(zhǔn)分子激光光束側(cè)邊掃描和相位掩模法,在單摻鉺光纖上成功研制了單縱模 DBR光纖光柵激光器。通過(guò)控制刻寫(xiě)光柵時(shí)的

4、曝光量使光柵對(duì)的反射峰中心只有一個(gè)諧振波長(zhǎng)來(lái)獲得單縱模激光輸出。制備的激光器其整體長(zhǎng)度最短可達(dá)到10mm以下,拍頻信號(hào)信噪比達(dá)到70dB以上。激光器具有正交偏振雙頻輸出,為傳感器提供了射頻域監(jiān)測(cè)信號(hào)。
　　(2)提出了基于單縱模正交偏振雙頻光纖激光器和安培力的光纖磁場(chǎng)傳感器,并對(duì)傳感器的磁場(chǎng)傳感機(jī)理進(jìn)行了分析,推導(dǎo)了磁場(chǎng)強(qiáng)度與DBR光纖光柵激光器的關(guān)系,在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁場(chǎng)的定性測(cè)量。
　　(3)進(jìn)行了磁場(chǎng)傳感增敏研究,提出