【摘要】：光纖纖芯內(nèi)光量子與微觀粒子、振動聲子相互作用,產(chǎn)生散射效應。在外界應力作用下,光纖中光量子散射狀態(tài)發(fā)生變化,形成光纖量子傳感。光纖量子傳感技術(shù)具有靈敏度高、定位精度高、敷設方式簡單、抗電磁干擾等優(yōu)點,是進行分布式應力監(jiān)測的有力手段。本文面向應用需求,以國家與江蘇省前瞻性研究項目為牽引,開展分布式光纖量子傳感機理與關(guān)鍵技術(shù)的研究。第一章簡要介紹了分布式光纖量子傳感技術(shù)及其發(fā)展,討論了量子傳感技術(shù)和量子信息傳輸技術(shù)。在此基礎上,分析了影響量子信息在光纖中傳輸?shù)母鞣N因素�；仡櫫嘶诟黝惿⑸湫姆植际焦饫w量子傳感系統(tǒng)的國內(nèi)外研究進展。最后,提出了本文的主要研究內(nèi)容。第二章從線性量子諧振子模型入手,推導出量子諧振子的產(chǎn)生、湮沒算符以及相關(guān)算符的矩陣元。并將固體振動波和電磁波能量量子化,得到聲子和光子的量子模型。接著,研究了光纖纖芯中的散射現(xiàn)象,將物質(zhì)系統(tǒng)和電磁波分開處理,將它們之間的相互作用作為微擾處理,推導出基于自發(fā)拉曼散射的光纖量子傳感模型。最后,討論了基于散射現(xiàn)象的分布式光纖量子傳感機理,模擬分析分布式光纖拉曼溫度傳感器,討論了結(jié)果。第三章在經(jīng)典光傳輸方程的基礎上,基于量子電子學理論,通過電磁場振幅量子化,對單模光纖中的模式進行量子化,建立了單模光纖量子傳輸方程。接著,在色散、損耗、非線性效應均存在的復雜情況下,通過給出試探解、引入微擾法求解了單光子和雙光子傳輸方程,獲得色散方程。對色散方程進行了數(shù)值分析,得出了光功率隨微擾頻率的變化關(guān)系。對結(jié)果進行了深入分析,為實驗研究奠定基礎。第四章按照構(gòu)建分布式光纖量子傳感實驗系統(tǒng)的要求,研究了多層薄膜濾波器的工作原理,推導出膜系特征矩陣,分析了基于法布里-珀羅(F-P)腔的光學薄膜特點和性能參數(shù)。采用折射率匹配法分析了單、多級薄膜濾波器性能,討論了設計方法。優(yōu)化設計并研制了三類薄膜濾波器,測試結(jié)果符合實驗系統(tǒng)要求。第五章提出了分布式光纖量子傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),分析了系統(tǒng)中使用的光源模塊、光濾波器模塊和光電檢測模塊的結(jié)構(gòu)、性能和參數(shù)。最后,搭建了兩個分布式光纖量子傳感實驗系統(tǒng),對分布式量子傳感實驗系統(tǒng)進行性能驗證。實驗結(jié)果表明,分布式光纖量子擾動傳感系統(tǒng)的檢測距離可到達50km,定位精度優(yōu)于±50m。分布式光纖量子溫度傳感系統(tǒng)的檢測距離可達到10km,定位精度優(yōu)于±10m。最后給出全文的總結(jié),并提出進一步研究的建議。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN253;O413;TP212

【參考文獻】

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1 蔣奇;高芳芳;;一種新型光纖Bragg光柵流量傳感器的仿真與實驗研究[J];光子學報;2014年02期

2 嚴冰;董鳳忠;張曉磊;陳學義;李俊;涂郭結(jié);陳雪軍;CULSHAW Brian;;基于后向相干瑞利散射的分布式光纖傳感在管道安全實時監(jiān)測中的應用研究[J];量子電子學報;2013年03期

3 姜蕓;賈新鴻;王子南;張偉利;饒云江;;基于隨機分布式反饋光纖激光器的100km布里淵光時域分析系統(tǒng)[J];光電子.激光;2013年01期

4 杭利軍;何存富;吳斌;蔡棟生;宋晏蓉;;新型分布式光纖管道泄漏檢測技術(shù)及定位方法研究[J];光學學報;2008年01期

5 王清月;胡明列;柴路;;光子晶體光纖非線性光學研究新進展[J];中國激光;2006年01期

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1 楊雙收;基于偏振的光時域反射技術(shù)（POTDR）的研究[D];北京交通大學;2010年

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本文編號：2645662