基于阶跃扫频光源的fbg传感及传感信号波长变换的研究

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1、基于阶跃扫频光源的FBG传感及传感信号波长变换的研究StudiesonFBGSensingBasedonWavelengthStep-sweptLaserSourceandWavelengthConversionofsensingsignals学科专业：光电子与光子学技术研究生：罗莎指导教师：王肇颖副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月摘要在光纤布拉格光栅（FBG）传感解调系统中，解调速度、分辨率及可复用的FBG数量为三个重要指标。本文提出了基于阶跃扫频光源的FBG传感及传感信号全光波长变换技术。阶跃扫频光源利用射频信号控制单边带（SSB）调制器实现

2、扫频输出，不仅避免了传统机械扫频方式带来的输出频率的非线性，提高了扫频速度，且采用腔外扫频的方式，不影响激光线宽，从而减少对解调分辨率的影响。利用全光波长变换技术，将各传感节点的多波长传感信号转换成特定波长上的时分复用信号，释放每个节点占用的光谱资源，提高传感网复用传感器的数量。本文的主要内容如下：一、基于单波长阶跃扫频光源的FBG传感解调研究1、以窄线宽分布反馈（DFB）激光器作为种子光源，实现了单波长阶跃扫频脉冲序列的稳定输出，对步长为80pm的扫频光源进行线性拟合，扫频线性度为1。2、利用不同扫频步长的阶跃扫频光源分别对FBG温度和应力传感进行解调，得到FBG

3、应变灵敏度1.566pm/μɛ，中心波长随应力变化线性度0.99944，温度灵敏度为10.004pm/°C，温度线性度0.99946。将解调结果与光谱仪测量结果进行比较，中心波长最大偏差仅5.15pm。二、基于多波长并行阶跃扫频光源的FBG传感解调研究1、以四个DFB耦合作为种子光源，DFB波长间隔为0.4nm，扫频步长为20pm，实现了四波长并行阶跃扫频输出，光谱平坦度为±2.65dB，扫频范围为1.6nm（1548.72nm~1550.32nm），扫描频率为133.3kHz。2、将上述光源应用于FBG温度传感，得到的温度灵敏度为10pm/°C，线性度为0.994

4、87，波长重复性为1.91pm。将解调结果与光谱仪测量结果进行比对，两种结果的中心波长最大偏差为6.32pm。三、FBG传感信号波长变换1、提出一种可高效利用光谱资源的传感网模型，设计了基于电吸收调制器的全光波长变换实验，对FBG传感信号进行了波长变换及解调，结果表明波长变换成功保留了传感信号所携带的信息，波长变换前后的中心波长最大相差12pm。2、对传感信号脉冲变换效率和信噪比进行探究，实验研究并分析了不同信号光幅值及不同探测光功率下的变换效率和脉冲信噪比。关键词：光纤布拉格光栅阶跃扫频光源波长解调全光波长变换ABSTRACTInthedemodulationsy

5、stemofFBGsensor,thedemodulationspeed,resolutionandmultiplexingnumbersofFBGarethreeimportantindicators.Inthispaper,FBGsensingbasedonthewavelengthstep-sweptlaserandwavelengthconversiontechnologyisproposed.Thewavelengthstep-sweptlaserusingradiofrequencysignalscontrollingsinglesideband(SSB

6、)modulatortorealizewavelengthsweeping,notonlyavoidwavelengthnon-linearityintroducedbymechanicalsweepunit,butalsoreducetherestrictionsonFBGdemodulationresolutionduetothesweepmethodoftheexternallasercavity.Thewavelengthconversiontechnologyconvertsthemulti-wavelengthsensingsignalintotheti

7、medivisionsignalswithaspecificwavelength,releasingthespectrumresourcesoccupiedbyeachsensingnodeandimprovingthenumberofmultiplexedsensors.Themaincontentsareasfollows:1.ResearchonFBGsensingbasedonsinglewavelengthstep-sweptlaser1).UsingDFBlaserwithnarrowlinewidthasaseedsource,stableoutp