基于DBR光纖激光器的有源光纖傳感技術(shù)研究.pdf

1、隨著光纖光柵寫制技術(shù)的不斷成熟，基于光纖Bragg光柵(FBG：Fiber BraggGrating)的光纖無源傳感技術(shù)得到了巨大的發(fā)展。但是隨著對工程監(jiān)測的要求越來越高，現(xiàn)有的光纖無源傳感系統(tǒng)已難以滿足要求。當今光纖傳感技術(shù)的發(fā)展正朝著多參量化，多功能化，以及大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。光纖激光器技術(shù)的發(fā)展使得光纖傳感技術(shù)進入了有源傳感的時代。光纖有源傳感技術(shù)利用光纖激光器作為核心傳感單元，與無源傳感技術(shù)相比較，其傳感信號的光功率更高，信

2、噪比也更高，而且有源傳感技術(shù)主要是對輸出拍頻進行解調(diào)，因此解調(diào)方法更為簡單，靈敏度更高，成本也相對低廉。
　　 本文在國家自然科學(xué)基金重點項目(No.60736039)：集成化、高速率、多參數(shù)、大規(guī)模新型光纖傳感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究；國家自然科學(xué)基金項目(No.10904075)：基于傾斜光柵的多維微結(jié)構(gòu)光纖光子器件機理及應(yīng)用研究；國家自然科學(xué)基金項目(No.11004110)：多維微結(jié)構(gòu)光纖中聲光效應(yīng)機理及應(yīng)用的研究；天津

3、市科技支撐計劃(No.11ZCKFGX01800)：長距離分布式光纖通信線路安全預(yù)警技術(shù)與裝備研究；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助：基于微結(jié)構(gòu)光纖光柵的新型光纖聲光器件理論與應(yīng)用研究的支持下完成的。主要內(nèi)容包括：⑴對光纖無源和有源傳感技術(shù)的工作原理以及研究現(xiàn)狀進行了概括的描述，重點介紹了基于單縱模分布式布喇格反射(DBR：Distributed Bragg Reflector)光纖激光器的拍頻解調(diào)有源傳感技術(shù)。DBR光纖激光器不僅具

4、有高信噪比、高輸出功率等一系列優(yōu)點，而且基于DBR光纖激光器的有源光纖傳感技術(shù)主要利用輸出拍頻進行解調(diào)，因此解調(diào)方法更為簡單，靈敏度更高，成本也相對低廉。⑵對單縱模DBR光纖激光器進行了理論設(shè)計和實驗研究。利用基于光纖光柵的光纖激光器的基本理論，從理論上分析了F-P線形腔的輸出特性，并探討了對縱模間隔和縱模線寬的影響因素。在實驗上制作了單縱模DBR光纖激光器，基本符合理論模擬結(jié)果。⑶設(shè)計了基于單縱模DBR光纖激光器的有源傳感器，討論了溫

5、度和應(yīng)變對光纖雙折射的影響，并對其傳感原理進行了分析，成功研制了基于正交偏振拍頻解調(diào)的有源溫度和應(yīng)變傳感器，并基于上述原理對光纖的雙折射度進行測量。利用雙波長單縱模DBR光纖激光器，在實驗上產(chǎn)生了光生毫米波信號，實驗結(jié)果和理論推導(dǎo)相一致。⑷設(shè)計了基于多縱模DBR光纖激光器的有源傳感器，討論了應(yīng)變、位移及溫度等對光纖雙折射的影響，并對其傳感原理進行了分析，成功研制了基于縱模拍頻解調(diào)的應(yīng)變、位移和溫度傳感器，并基于上述原理對光纖的雙折射度進