基于拍频解调技术的双波长光纤激光传感器

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1、基于拍频解调技术的双波长光纤激光传感器作者：张亮导师：陈向飞教授南京大学材料系固体微结构国家重点实验室Dual—wavelengthfiberlaserssensorbasedonbeatfrequencymodulationtechnologyAuthor：ZhangLiangMentor：ChenXiangfeiprofessorDepartmentofMaterialsScience&EngineeringNationalLaboratoryofSolidStateMicrostructureNanjingUniversityMay20，2011／摘

2、要毕业论文题目：基王拍频鲤调撞苤的塑遗筮邀迸佳盛墨挝料堂专业2QQ墨级硕士生姓名：毖壶指导教师(姓名、职称)：陵自玉塾援摘要双波长光纤激光器具有结构简单、体积小、价格低、线宽窄、抗电磁干扰等优点，在通信、传感、微波光子学等许多领域有着广泛的应用。本论文研究的重点就是把双波长光纤激光器引入传感领域，设计一套基于拍频解调技术的、方便、稳定、价格低廉的激光传感系统。本文首先简单回顾了光纤传感、光纤布拉格光栅传感、光纤激光传感的发展，总结了各种传感技术的优缺点。光纤激光传感器因为有非常窄的激光带宽和很高的信噪比，得到了越来越多的关注，在一些传感精度要求比较高的领域

3、，如：石油勘探、地震预报、安全检测、国防等得到了广泛的应用。在激光传感器传感解调技术中，拍频解调技术是最简单、成本最低且性能稳定的一种解调方案。然而，现有的基于拍频解调的激光传感器需要两个正交偏振的激光模式，很容易产生跳模，系统稳定性差。为了解决这个问题，本文把双波长激光器引入传感领域，设计了基于拍频技术的双波长光纤激光传感系统。在双波长激光传感系统中，高性能的双波长激光器是核心器件，因此首要任务是制作出性能优异的双波长光纤激光器。为此，文中介绍了光纤布拉格光栅的基本结构，以及光在光栅中传播时的耦合模理论、传输矩阵方法。数值模拟发现在掺铒光纤中刻入带Ⅱ相移

4、的光栅便可实现激光输出，如果刻入带两个Ⅱ相移的光栅即可实现双波长输出。为了方便、快捷、稳定的制作带相移的光栅，本文引入了X．F．Chen等人提出的等效相移技术(EPS)。该技术可以在∥垅级的微动平台上方便的在光纤光栅中引入Ⅱ相移。利用EPS技术，我们设计制作了三段两腔式双波长激光器，激射波长分别为1556．713nlTl和1556．753nm，波长间隔为40．79摘要pm，频率间隔为5224．72MHz。利用制作的双波长光纤激光器，我们设计了光纤激光传感系统。理论上，双波长激光器相干产生拍频信号，检测拍频信号频率的漂移即可得到施加在传感头上的应力。实验发现

5、，拍频信号频率和施加在传感头上的应力成线性关系，响应系数为．3．92kHz／gE。由于双波长产生的拍频一般都在5GHz以上，因此本文提出了利用LiNb03光电调制器对拍频信号进行降频。在没有发生任何畸变的情况下，拍频信号被降到100MHz以下，而且保持了非常好的传感性能。通过降频，实现了利用低频、便宜的频率计就可以实现对双波长传感器的监测。本文最后通过大量的实验证实了整套传感系统的稳定性、可靠性。关键词：等效相移；双波长光纤激光器；光纤激光传感；拍频解调技术：降频IIAbstractTHESIS：Dual-wavelengthfiberlaserssens

6、orbasedonbeatfrequencymodulationtechnologySPECL～LIZATION：MaterialsPOSTGRADI7ATE：MENTOR：ZhangLiangProfessorChenXiangfeiOverthepastseveralyears，dual-wavelengthfiberlasershaveattractedmoreandmoreattentionowingtoadvantagesofsimplestructure，smallsize，lowprice，narrowlinewidth,andanti-el

7、ectromagneticinterference．Inthisthesis，adual-wavelengthFBGlaserisfabricated．Employingthelaser,weproposeanoveldual—wavelengthfiberlasersensorbasedonbeatfrequencymodulationtechnology．Firstofall，wereviewthedevelopmentofFBG(FiberBraggGrating)sensorsandfiberlasersensors．Comparedwithoth

8、ersensorsystems，fiberlasersensors