發(fā)布時(shí)間：2020-04-30 10:17

【摘要】：光纖纖芯內(nèi)光量子與微觀粒子、振動(dòng)聲子相互作用,產(chǎn)生散射效應(yīng)。在外界應(yīng)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(shè)方式簡(jiǎn)單、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn),是進(jìn)行分布式應(yīng)力監(jiān)測(cè)的有力手段。本文面向應(yīng)用需求,以國家與江蘇省前瞻性研究項(xiàng)目為牽引,開展分布式光纖量子傳感機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)的研究。第一章簡(jiǎn)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(chǔ)上,分析了影響量子信息在光纖中傳輸?shù)母鞣N因素。回顧了基于各類散射效應(yīng)的分布式光纖量子傳感系統(tǒng)的國內(nèi)外研究進(jìn)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(dǎo)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(dòng)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(dǎo)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(jī)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(chǔ)上,基于量子電子學(xué)理論,通過電磁場(chǎng)振幅量子化,對(duì)單模光纖中的模式進(jìn)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(yīng)均存在的復(fù)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(duì)色散方程進(jìn)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(duì)結(jié)果進(jìn)行了深入分析,為實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。第四章按照構(gòu)建分布式光纖量子傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的要求,研究了多層薄膜濾波器的工作原理,推導(dǎo)出膜系特征矩陣,分析了基于法布里-珀羅(F-P)腔的光學(xué)薄膜特點(diǎn)和性能參數(shù)。采用折射率匹配法分析了單、多級(jí)薄膜濾波器性能,討論了設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)并研制了三類薄膜濾波器,測(cè)試結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)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(cè)模塊的結(jié)構(gòu)、性能和參數(shù)。最后,搭建了兩個(gè)分布式光纖量子傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)分布式量子傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行性能驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,分布式光纖量子擾動(dòng)傳感系統(tǒng)的檢測(cè)距離可到達(dá)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(cè)距離可達(dá)到10km,定位精度優(yōu)于±10m。最后給出全文的總結(jié),并提出進(jìn)一步研究的建議。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN253;O413;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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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(shí)驗(yàn)研究[J];光子學(xué)報(bào);2014年02期

2 嚴(yán)冰;董鳳忠;張曉磊;陳學(xué)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J];量子電子學(xué)報(bào);2013年03期

3 姜蕓;賈新鴻;王子南;張偉利;饒?jiān)平?;基于隨機(jī)分布式反饋光纖激光器的100km布里淵光時(shí)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(cè)技術(shù)及定位方法研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2008年01期

5 王清月;胡明列;柴路;;光子晶體光纖非線性光學(xué)研究新進(jìn)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(shí)域反射技術(shù)（POTDR）的研究[D];北京交通大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2645662