布里淵摻鉺光纖激光器及其在光纖傳感中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著信息容量需求的日益增長(zhǎng)，高速大容量長(zhǎng)距離將成為下一代全光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM）是解決光通信頻率資源緊張的技術(shù)手段之一。多波長(zhǎng)布里淵摻鉺光纖激光器具有低閾值、波長(zhǎng)間隔固定、窄線寬、功率穩(wěn)定等特點(diǎn)，非常符合DWDM的技術(shù)要求，將可能成為未來通信光源的理想選擇。另外，布里淵光纖激光器在光纖傳感領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在光纖激光拍頻方面，利用布里淵頻移對(duì)溫度和應(yīng)力的敏感特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度和應(yīng)力的測(cè)量；在布里淵光時(shí)

2、域反射儀（BOTDR）的傳感系統(tǒng)中，布里淵激光器可以作為相干本振源，取代以往的微波變頻技術(shù)，大大降低系統(tǒng)成本，提高實(shí)用性。因此，對(duì)布里淵激光器和其在光纖傳感方面的應(yīng)用展開深入的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文的研究?jī)?nèi)容主要有：
　　1）提出了一種緊湊型多波長(zhǎng)布里淵摻鉺光纖激光器的實(shí)驗(yàn)方案，利用普通摻鉺光纖作為混合增益介質(zhì)，即線性增益介質(zhì)和非線性增益介質(zhì)。與以往的多波長(zhǎng)布里淵激光器相比，諧振腔內(nèi)不需要額外的布里淵增益介質(zhì)，諧振腔的長(zhǎng)度

3、可以大大縮短。通過引入光反饋回路，可以產(chǎn)生多波長(zhǎng)布里淵激光器。我們通過實(shí)驗(yàn)研究了多波長(zhǎng)布里淵激光器的輸出特性。通過優(yōu)化泵浦光的功率，我們獲得了最多6個(gè)斯托克斯波長(zhǎng)的輸出。在采用7m摻鉺光纖時(shí)，得到了雙波長(zhǎng)單縱模布里淵激光器。
　　2）提出了基于混合光纖激光器的溫度與應(yīng)力同時(shí)測(cè)量的傳感系統(tǒng)?；旌瞎饫w激光器包括布里淵摻鉺光纖激光器（BEFL）和摻鉺光纖激光器（EDFL），二者共用同一個(gè)諧振腔。注入布里淵泵浦光時(shí)，輸出為BEFL；沒有布

4、里淵泵浦注入時(shí)，輸出為EDFL。通過檢測(cè)縱模拍頻和布里淵頻移實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)力的同時(shí)測(cè)量?？v模拍頻為EDFL的自拍頻信號(hào)；布里淵頻移則通過與BEFL外差獲得。實(shí)驗(yàn)中分別測(cè)量了布里淵頻移和縱模拍頻的溫度敏感系數(shù)和應(yīng)力敏感系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，混合光纖激光器傳感系統(tǒng)可以有效進(jìn)行溫度和應(yīng)力的同時(shí)測(cè)量，溫度和應(yīng)力的測(cè)量誤差分別為±0.8℃和±25.8με。
　　3）由于布里淵頻移高達(dá)11 GHz，測(cè)量時(shí)需進(jìn)行微波降頻，檢測(cè)手段較為復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化

5、測(cè)量方法，我們提出了基于布里淵差頻和縱模拍頻檢測(cè)的溫度和應(yīng)力同時(shí)測(cè)量的傳感系統(tǒng)。采用混合光纖激光器的方案，沒有布里淵泵浦注入時(shí)，輸出為EDFL；在有布里淵泵浦注入時(shí)，兩段光纖中同時(shí)產(chǎn)生受激布里淵散射，輸出的BEFL包含兩個(gè)布里淵散射峰。通過測(cè)量EDFL的縱模拍頻和BEFL的布里淵差頻，可以實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)力的同時(shí)測(cè)量。由于布里淵差頻和縱模拍頻均處于低頻段，無需微波源和調(diào)制器進(jìn)行降頻，簡(jiǎn)化了測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)中我們分別測(cè)得布里淵差頻和縱模拍頻的溫

6、度敏感系數(shù)和應(yīng)力敏感系數(shù)，并進(jìn)行了溫度和應(yīng)力的同時(shí)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。溫度與應(yīng)力的測(cè)量誤差分別為±0.5℃和±20.3με。
　　4）利用未泵浦摻鉺光纖作為飽和吸收體，我們?cè)O(shè)計(jì)了單縱模窄線寬布里淵摻鉺光纖激光器，激光器的線寬為6.3 kHz，功率穩(wěn)定抖動(dòng)小于0.1 dB。將獲得的窄線寬單縱模布里淵激光器作為本振光，搭建了相干檢測(cè)的BOTDR傳感系統(tǒng)，詳細(xì)分析了關(guān)鍵器件在系統(tǒng)中的作用，并介紹了具體型號(hào)和參數(shù)。在31 km長(zhǎng)的傳感光纖中，實(shí)現(xiàn)了