發(fā)布時(shí)間：2020-11-01 08:24

　　 光纖光柵(FBG)具有徑細(xì)、質(zhì)輕、電絕緣、傳輸損耗低、穩(wěn)定性良好、易于集成、信息傳輸?shù)耐瑫r(shí)可以傳感等一系列優(yōu)點(diǎn),其中心反射波長的漂移量與所處外界環(huán)境的變化之間,如溫度、應(yīng)變等,具有一定的線性關(guān)系。因此,若要實(shí)現(xiàn)利用光纖光柵對(duì)被測量的精確測量,關(guān)鍵是高精度地解調(diào)出其中心波長的漂移量,在眾多的解調(diào)方法中,馬赫-增德爾(M-Z)干涉解調(diào)法因?yàn)榫哂懈呔鹊膬?yōu)點(diǎn)而被高度重視。本文研究了基于鈮酸鋰調(diào)制器的M-Z干涉解調(diào)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的非平衡M-Z干涉解調(diào)法不適合靜態(tài)測量,需要將光纖固化封裝,而鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是M-Z型,且考慮到當(dāng)前光波導(dǎo)制作工藝的靈活性,波導(dǎo)材料的多樣性及多功能性,因此使用鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器代替光纖來制作M-Z干涉儀不但可以大大提高解調(diào)精度,而且可以突破環(huán)境干擾對(duì)FBG傳感器應(yīng)用的局限,從而拓展FBG傳感器的功能及應(yīng)用領(lǐng)域有著重要意義。該解調(diào)方案不僅保持了傳統(tǒng)M-Z干涉解調(diào)系統(tǒng)高精度的優(yōu)勢,且彌補(bǔ)了傳統(tǒng)M-Z干涉解調(diào)易受外界環(huán)境干擾的缺陷,是一種較穩(wěn)定的高精度M-Z干涉解調(diào)法。經(jīng)過穩(wěn)定光源的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差在0.15%左右,數(shù)據(jù)離散程度較小,說明該解調(diào)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。在對(duì)基于鈮酸鋰調(diào)制器的M-Z干涉解調(diào)法研究中,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的鈮酸鋰調(diào)制器臂長差過小,也就直接導(dǎo)致了光纖光柵的解調(diào)曲線周期過大,使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無法顯示一個(gè)完整周期,說明將鈮酸鋰調(diào)制器用于光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)具有一定的局限性,因此展開了對(duì)梳狀濾波器的研究。本文設(shè)計(jì)了一種基于梳狀濾波器的M-Z干涉解調(diào)系統(tǒng)。該梳狀濾波器由一個(gè)3×3耦合器、一個(gè)2×2耦合器以及鏡面構(gòu)成,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,插入損耗較小,借助鏡面的反射作用,構(gòu)成回路,能達(dá)到級(jí)聯(lián)反射式M-Z型梳狀濾波器的效果,且利用3×3耦合器的一個(gè)閑置端口作為監(jiān)視端口可以時(shí)刻保持對(duì)耦合系數(shù)的精確掌控。該結(jié)構(gòu)的梳狀濾波器不僅能用于WDM系統(tǒng),而且適用于光纖光柵的干涉解調(diào)系統(tǒng)。通過理論分析、仿真實(shí)驗(yàn),本文得到:(1)該結(jié)構(gòu)中兩輸出端口的光譜具有良好的奇偶對(duì)稱性,在頻域呈不等帶寬、通帶邊緣陡峭的透射峰,即當(dāng)選取適當(dāng)?shù)鸟詈舷禂?shù)和干涉臂長差時(shí),該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)不等帶寬的梳狀濾波,輸出波形適合于頻譜的交錯(cuò)利用,且當(dāng)兩臂長差保持1:3的比例時(shí),臂長差越小,信息傳輸速率越快;(2)當(dāng)耦合器的耦合系數(shù)與兩個(gè)耦合器的臂長差選取一定的數(shù)值時(shí),輸出曲線具有良好的梳狀譜,在曲線的一個(gè)周期內(nèi),輸出光強(qiáng)與波長呈單調(diào)變化關(guān)系;曲線周期為1.75nm,反射峰邊緣陡峭,曲線傾斜度較大,說明解調(diào)精度較高,適用于光纖光柵的解調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)耦合系數(shù)k_1和k_2的變化在一定范圍內(nèi)(即Δk=k×4%)時(shí),偏差在0.2%~0.5%之間,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較小。實(shí)驗(yàn)所得圖形與仿真圖形相符合。
【學(xué)位單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

稱 OC）、一個(gè)偏振控制器（polarization controller，簡稱 PC）構(gòu)成高雙折射光纖型梳狀濾波器，結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。射光纖型梳狀濾波器實(shí)現(xiàn)梳狀濾波功能主要 Sagnac 環(huán)內(nèi)的偏射光纖產(chǎn)生的雙折射效應(yīng)。偏振控制器的作用是調(diào)整高雙折射光的夾角，入射光偏轉(zhuǎn)角度的改變將影響梳狀濾波的隔離度。過 HBF 在光纖耦合器 OC 中相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生干涉，形成梳狀狀濾波器雖然存在溫度穩(wěn)定性的問題，但由于其具有容易實(shí)現(xiàn)然吸引了眾多的關(guān)注。目前被深入研究的有單級(jí)結(jié)構(gòu)、級(jí)聯(lián)結(jié)段 HBF 的結(jié)構(gòu)。PCHBF

因?yàn)榇嬖谙辔徊睿瑢?huì)發(fā)生干涉，若輸入的光是寬帶光信號(hào)，則輸出狀譜。級(jí) M-Z 干涉儀型的梳狀濾波器造價(jià)低、易實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡單，但也存在一要依賴調(diào)諧技術(shù)才能精確控制干涉儀的臂長差，且輸出的梳狀譜為正弦函數(shù)果不夠理想等。了進(jìn)一步改善性能，進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明采用多級(jí)聯(lián)的方法能夠彌，可獲取平坦通帶、陡峭邊緣的梳狀濾波效果，同時(shí)對(duì)制作精度提出了更前，采用 3×3 和 2×2 耦合器多級(jí)聯(lián) M-Z 干涉儀型的梳狀濾波器具有較好果，詳細(xì)方案將在本文第四章介紹。OC OC

鈮酸鋰晶體主軸折射率n 2.132e= ，得到透射率 T 隨波長 λ 的變化關(guān)系示。 3-2 可知，當(dāng)鈮酸鋰調(diào)制器的臂長差為零時(shí)，透射率 T 與波長λ 的關(guān)系，即隨著波長 λ 的變化，透射率 T 保持不變，為一個(gè)定值，則無法使用纖光柵反射波長的解調(diào)。當(dāng)然，鈮酸鋰調(diào)制器兩臂的臂長完全一樣在工種理想情況；當(dāng) MZM 的臂長差不為零時(shí)，透射率 T 與波長λ 成余弦函線的一個(gè)周期內(nèi)，T 隨λ 單調(diào)變化，若曲線斜率較大，則曲線近似呈線-Z 型結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰調(diào)制器能夠用于對(duì)光纖光柵反射波長的解調(diào)。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2865275