光纖法布里—珀羅傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)新方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、用于位移、溫度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、電壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、振動(dòng)和折射率等物理量測(cè)量的光纖法布里-珀羅傳感器絕大部分通過對(duì)法布里-珀羅腔腔長(zhǎng)的解調(diào)實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)光纖法布里-珀羅傳感器的腔長(zhǎng)解調(diào)，各種解調(diào)方案相繼被提出，常見的解調(diào)方法有強(qiáng)度法、條紋計(jì)數(shù)法、傅里葉變換法和腔長(zhǎng)匹配法等。每一種腔長(zhǎng)解調(diào)方法均有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。例如，傅里葉變換法受量化誤差和環(huán)境影響小，解調(diào)精度高，但目前用于光纖法布里-珀羅傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)的傅里葉變換解調(diào)法基于法布里-珀羅多光

2、束干涉滿足雙光束干涉近似的假設(shè)，限制了基于傅里葉變換的光纖法布里-珀羅傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)原理的應(yīng)用范圍，使得該方法局限于低細(xì)度法布里-珀羅腔的腔長(zhǎng)解調(diào)。腔長(zhǎng)匹配法實(shí)現(xiàn)成本低，解調(diào)精度高，但該方法沒能從理論上得到論證。針對(duì)光纖法布里-珀羅傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)中存在的上述問題，本文進(jìn)行了光纖法布里-珀羅傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)新方法與系統(tǒng)的研究工作。
　　 本文主要的研究工作和成果包括：
　　 1、在兼顧實(shí)際工程應(yīng)用中寬帶光源為近似高斯分布光源

3、的基礎(chǔ)上建立了一種改進(jìn)的基于傅里葉變換的光纖法布里-珀羅傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)原理，利用改進(jìn)原理可以避免法布里-珀羅多光束干涉滿足雙光束干涉近似的假設(shè)。在此基礎(chǔ)上利用三次樣條插值、頻域?yàn)V波和頻域高斯插值等數(shù)據(jù)處理技術(shù)優(yōu)化了解調(diào)算法。實(shí)現(xiàn)了采用本文建立的基于傅里葉變換的光纖法布里-珀羅傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)原理與算法的光纖法布里-珀羅傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了省略假定條件時(shí)傅里葉變換解調(diào)法原理和算法的正確性，而且理論解調(diào)腔長(zhǎng)分

4、辨力為0.4nm，實(shí)測(cè)解調(diào)腔長(zhǎng)分辨力為5.12nm，實(shí)測(cè)解調(diào)腔長(zhǎng)范圍優(yōu)于20-600μm。
　　 2、為避免采用已有的傅里葉變換解調(diào)法原理時(shí)的插值運(yùn)算，提高解調(diào)精度，本文提出了基于角頻率域采樣的解調(diào)算法，實(shí)現(xiàn)了基于該算法的光纖法布里-珀羅傳感器腔長(zhǎng)解調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了角頻率域采樣解調(diào)算法的正確性，而且理論解調(diào)腔長(zhǎng)分辨力為28pm，實(shí)測(cè)解調(diào)腔長(zhǎng)分辨力為4.96nm，解調(diào)腔長(zhǎng)范圍優(yōu)于20-600μm。采用本文

5、提出的改進(jìn)解調(diào)算法的理論腔長(zhǎng)分辨力是基于光頻域FFT算法的14倍以上。
　　 3、借鑒腔長(zhǎng)匹配解調(diào)法，本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種用于光纖法布里-珀羅傳感器絕對(duì)腔長(zhǎng)解調(diào)的相關(guān)原理解調(diào)法。在兼顧實(shí)際工程應(yīng)用中寬帶光源為近似高斯分布光源的基礎(chǔ)上，以法布里-珀羅多光束干涉公式為基礎(chǔ)闡述了相關(guān)原理解調(diào)法的解調(diào)原理和算法。文章實(shí)現(xiàn)了采用本文建立的基于相關(guān)原理解調(diào)的光纖法布里-珀羅傳感器絕對(duì)腔長(zhǎng)解調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了解調(diào)原理和

6、算法的正確性，理論解調(diào)腔長(zhǎng)分辨力優(yōu)于20pm，實(shí)測(cè)解調(diào)腔長(zhǎng)分辨力4.94nm，實(shí)測(cè)解調(diào)腔長(zhǎng)范圍優(yōu)于15-600μm。利用本文提出并實(shí)現(xiàn)的相關(guān)原理解調(diào)法，理論腔長(zhǎng)分辨力比傅里葉變換解調(diào)法提高20倍以上。該研究工作為干涉型光纖法布里-珀羅傳感系統(tǒng)的腔長(zhǎng)解調(diào)開辟了新的求解方法。
　　 4、根據(jù)直接電流調(diào)制原理設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種半導(dǎo)體激光器光頻調(diào)制驅(qū)動(dòng)電源，建立了測(cè)試調(diào)制特性和驗(yàn)證光頻調(diào)制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體激光器光頻調(diào)制驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)