【摘要】：近年來,光纖傳感、光纖激光及通信技術(shù)的飛速發(fā)展極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的信息化進(jìn)程。光纖器件本身具有體積小、重量輕、抗電磁干擾能力強(qiáng)以及與光纖系統(tǒng)兼容性好等優(yōu)點(diǎn),而廣泛應(yīng)用于光纖通信和光纖傳感等領(lǐng)域。光纖光柵作為應(yīng)用最為廣泛的光纖無源器件,在眾多工程領(lǐng)域有巨大應(yīng)用潛力,但光纖光柵交叉敏感問題嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)此應(yīng)用需求,本文結(jié)合光纖傳感及光纖激光器技術(shù),設(shè)計(jì)了一種可應(yīng)用于溫度-應(yīng)力同時(shí)檢測(cè)的雙波長(zhǎng)激光器,并利用四波混頻效應(yīng)提升溫度-應(yīng)力分辨能力。本文主要研究工作及成果如下:(1)首先,在理論上,研究了保偏光纖的雙折射特性,并利用耦合模理論分析了保偏光纖光柵的光譜特性;在實(shí)驗(yàn)上,分析了保偏光纖光柵溫度/應(yīng)變傳感特性;(2)其次,針對(duì)保偏光纖光柵反射譜帶寬較寬、傳感分辨率低等問題,提出了一種基于保偏光纖光柵的雙波長(zhǎng)光纖激光器傳感方案。通過實(shí)驗(yàn)可知,雙波長(zhǎng)激光器信噪比可達(dá)47dB,同時(shí),分析了雙波長(zhǎng)激光器的溫度及軸向應(yīng)力傳感特性。(3)最后,為提升雙波長(zhǎng)光纖激光傳感器溫度-應(yīng)力分辨能力,本文研究了一種基于四波混頻的雙波長(zhǎng)激光傳感方案。利用四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生閑頻光與轉(zhuǎn)換光,將閑頻光與轉(zhuǎn)換光的溫度/應(yīng)力特性用于溫度-應(yīng)力表征,可有效提高系統(tǒng)的溫度-應(yīng)力分辨能力。實(shí)驗(yàn)中,第3階的閑頻光與轉(zhuǎn)換光之間的溫度靈敏度差異可達(dá)4.32pm/℃,軸向應(yīng)力靈敏度差異0.25pm/N,與雙波長(zhǎng)激光器傳感方案相比,基于四波混頻的雙波長(zhǎng)激光傳感方案的溫度-應(yīng)力分辨能力得到明顯提升。
【圖文】：

k 為整數(shù)，c 為真空中光速，n 為光纖折射率，L 為腔長(zhǎng)。因此兩個(gè)相鄰模式（縱模）間頻差 為：=cnL (3-4)綜上所述，光纖激光器兩種諧振腔結(jié)構(gòu)出光特性皆取決于選模器件的傳輸特性。因此合理設(shè)計(jì)選模器件可對(duì)光纖激光器出光特性進(jìn)行調(diào)控。（2） 基于 PMFBG 的雙波長(zhǎng)光纖激光器型傳感器設(shè)計(jì)基于 PMFBG 的雙波長(zhǎng)激光器結(jié)構(gòu)裝置圖如圖 3-10 所示，采用了線性激光腔結(jié)構(gòu)。其中，泵浦光源使用康冠公司 980nm 半導(dǎo)體激光器，，最大輸出功率為 200mW。線性諧振腔由一個(gè) CFBG 與 PMFBG 組成。其中：CFBG 的啁啾率為 7nm/cm，帶寬約 46nm；PMFBG 總反射率超過 80%，帶寬約 0.15nm。增益介質(zhì)選取高摻雜率的摻鉺光纖，該光纖工作波段為 C 波段，長(zhǎng)度為 2m。偏振控制器（polarization controller，PC）用于控制腔內(nèi)偏振態(tài)。980nm/1550nm 波分復(fù)用器作為連接器件。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248;TP212

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本文編號(hào)：2702843