基于掺铒光纤激光器的光纤光栅振动传感技术研究

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2、院：电气与电子工程学院答辩日期：2016年3月授予学位单位：华北电力大学ClassifiedIndex:TN29U.D.C:621.39ThesisfortheMasterDegreeResearchonFiberGratingVibrationSensingTechnologybasedonErbium-dopedFiberLaserCandidate：ZhangMinSupervisor：Prof.LiYongqianSchool：SchoolofElectricalandElectronicEngineeringDateofDefence：March,2016Degree-Co

3、nferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity华北电力大学硕±学位论文华北电力大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕±学位论文《基于慘巧光纤激光器的光纤光栅振动传感技术研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕±学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他人己发表或撰写过的研究成果。对本文的研巧工作做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：曰期：兴乂年＾月三曰华北电力大学硕±学位论文

4、使用授权书《基于惨巧光纤激光器的光纤光栅振动传感技术研究》系本人在华北电力大学攻读硕±学位期间在导师指导下完成的硕±学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得Ｗ其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版本，同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、可Ｗ公布论文的全部或部分内容。＂＂本学位论文属于（请在Ｗ下相应方框内打Ｖ）：保密□，在年解

5、密后适用本授权书＾不保密材作者签名；日期：年＾月／＾日导师签名：矜啼曰期：１０【［＞年＾月ＩＳ曰华北电力大学硕士学位论文摘要光纤激光器以其低阈值、高效率、可靠性强和结构紧凑等诸多优点，从研究初期就受到普遍重视，后被广泛应用于航空航天、军事及工业的各种光通讯领域。其中，以掺铒光纤激光器作为光纤光栅振动传感器成为研究的主要方向，同时因其优良的传感性能，已被广泛应用于温度、应变、压力、压强等传感应用中。本文首先阐述了光纤激光器的基本原理，基于激光振荡理论，根据铒离子的三能级结构模型推导了掺铒光纤激光器的速率方程。总结了几种单纵模激光的输出方法，重点分析了饱和吸收体法的驻

6、波干涉和模式选择原理，并介绍了对光纤光栅传感测量的基本原理和解调技术。然后，设计了一种环形腔掺铒光纤激光器，通过模拟计算激光器环形腔的输出特性，得到影响该掺铒光纤激光器输出功率的两个重要参数为掺铒光纤长度和输出耦合器分光比。仿真确定了掺铒光纤长度与输出耦合比的最优值，在该值下激光器的输出性能最佳。接着，对掺铒光纤激光器的输出特性进行了仿真优化，由仿真结果可知，该掺铒光纤激光器在输出性能最佳时，掺铒光纤最佳长度L和输出耦合器最佳分光比R分别为2.5m和90%；优化之后的激光器最大输出功率提高了6.26mW，斜率效率提高了3.42%，参数优化效果显著。考虑到为了使激光器输出单纵模激光，可

7、在该激光器中加入一段未被泵浦的掺铒光纤作为饱和吸收体并对该结构进行仿真，观察可得饱和吸收体长度和浓度的变化对激光器输出性能影响不明显。最后，仿真分析基于长周期光栅的边缘滤波法，得到较宽解调范围，当增加光纤布拉格光栅带宽时，解调范围和灵敏度不变。对比FBG的中心波长与输出激光的中心波长，证明该传感器传感性能较好。关键词：光纤激光器；掺铒光纤；光纤光栅；耦合器分光比；振动传感I华北电力大学硕士学位论文AbstractFiberlaserhasbeenpaidw