發(fā)布時(shí)間：2017-10-09 08:17

  本文關(guān)鍵詞：基于光纖馬赫—增德爾干涉儀的濾波器及其傳感特性研究

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【摘要】：本論文的主要內(nèi)容為基于多模光纖中模式干涉的全光纖馬赫-增德爾(Mach-Zehnder,MZI)對(duì)外界環(huán)境的響應(yīng)特性,著重研究了單模-多模-單模(Single mode-Multimode-Single mode, SMS)及多模-單模-多模(Multimode-Single mode-Multimode, MSM)光纖結(jié)構(gòu)的傳輸譜及其軸向應(yīng)力、溫度、折射率傳感特性,在此基礎(chǔ)之上,研制了基于普通多模光纖和無(wú)芯多模光纖制作SMS結(jié)構(gòu)的兩種光纖激光傳感系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),其傳感特性遠(yuǎn)好于普通的模式干涉的全光纖MZI傳感器。此外,論文還研究了基于雙通道MZI的光纖傳感系統(tǒng)。本論文的主要研究成果與創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1.首次建立了光纖SMS結(jié)構(gòu)輸出單模光纖中包層模激發(fā)系數(shù)對(duì)多模光纖長(zhǎng)度及波長(zhǎng)的依賴關(guān)系,理論推導(dǎo)了輸出單模光纖中包層模式激發(fā)系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)AFS50i/125多模光纖而言,計(jì)算結(jié)果顯示其長(zhǎng)度為～1.4mm時(shí),SMS結(jié)構(gòu)輸出單模光纖的能量主要集中于纖芯模式和兩個(gè)相鄰的包層模式中,從而MSM結(jié)構(gòu)可以在中間單模光纖長(zhǎng)度較短的條件下輸出相對(duì)平整的梳狀譜。 2.提出并搭建了一種基于SMS結(jié)構(gòu)的環(huán)形腔光纖激光傳感系統(tǒng),該系統(tǒng)利用SMS結(jié)構(gòu)傳輸譜的對(duì)外界敏感的特性及其帶通濾波特性,實(shí)現(xiàn)了單波長(zhǎng)激光輸出,分別建立了不同激光傳感系統(tǒng)輸出中心波長(zhǎng)與軸向應(yīng)力、溫度、及折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。與普通的基于光纖SMS結(jié)構(gòu)傳感系統(tǒng)相比,該方案極大的提高了系統(tǒng)輸出光信噪比(40dB)及輸出光強(qiáng)度(-0dBm)、并減小了輸出譜的3dB帶寬(0.05nm),因而可以用于長(zhǎng)距離傳感中。3.提出并研制了基于保偏-多模-保偏光纖結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)傳感器,建立了結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)角度與輸出光譜參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。與保偏-單模-保偏光纖結(jié)構(gòu)傳感相比,該傳感器可以同時(shí)從峰值波長(zhǎng)及光強(qiáng)度兩個(gè)角度測(cè)量結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)角度變化。 4.提出并實(shí)驗(yàn)制作了單模光纖中包層模式與纖芯模式干涉的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器,該結(jié)構(gòu)通過(guò)在MSM結(jié)構(gòu)中間熔接一段保偏光纖制作而成。建立了該結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)角度與輸出光譜消光比的對(duì)應(yīng)關(guān)系。與PMP結(jié)構(gòu)傳感器相比,該結(jié)構(gòu)傳感器輸出譜消光比更高且平整度更好。 5.提出了一種基于壓電陶瓷的光相位調(diào)制器的相位調(diào)制系數(shù)的方案,方案的優(yōu)勢(shì)在于快速、直接的測(cè)量任意給定的調(diào)制器相位調(diào)制系數(shù)值。然后建立了一種基于相位生成載波解調(diào)技術(shù)的薩格納克環(huán)與MZI結(jié)合的分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：光纖傳感 光纖馬赫-增德爾干涉儀 模式干涉 單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH744.3
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序言9-13
• 1 緒論13-29
• 1.1 引言13
• 1.2 光纖傳感器的分類及應(yīng)用13-15
• 1.3 馬赫-增德爾干涉儀的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 可調(diào)諧光纖濾波器15
• 1.3.2 傳感信號(hào)解調(diào)15-16
• 1.3.3 光纖傳感系統(tǒng)16-17
• 1.4 全光纖馬赫-增德爾干涉儀的研究現(xiàn)狀17-22
• 1.4.1 基于纖芯模式之間干涉全光纖MZI的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4.2 基于芯模與包層模之間干涉全光纖MZI的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.4.3 溫度補(bǔ)償技術(shù)研究21-22
• 1.5 光纖激光傳感系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀22-24
• 1.6 論文的研究?jī)?nèi)容和成果24-29
• 2 光纖中的模式耦合、傳輸理論29-51
• 2.1 引言29-30
• 2.2 模式耦合理論30-45
• 2.2.1 光纖中的模式30-34
• 2.2.2 單模光纖到多模光纖的模式耦合34-39
• 2.2.3 多模光纖到單模光纖的模式耦合39-45
• 2.2.3.1 與單模光纖纖芯模式的能量耦合39-41
• 2.2.3.2 與單模光纖包層模式的能量耦合41-45
• 2.3 多模-單模-多模光纖結(jié)構(gòu)的傳輸譜45-49
• 2.4 小結(jié)49-51
• 3 基于單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)的傳感研究51-79
• 3.1 引言51-52
• 3.2 傳感特性研究52-69
• 3.2.1 應(yīng)力傳感特性研究53-60
• 3.2.2 度傳感特性研究60-64
• 3.2.3 無(wú)芯多模光纖的折射率傳感特性研究64-68
• 3.2.4 多參量同時(shí)測(cè)量68-69
• 3.3 光纖PMP結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)傳感研究69-72
• 3.4 基于SMS結(jié)構(gòu)的環(huán)形腔光纖激光傳感系統(tǒng)72-77
• 3.4.1 應(yīng)力激光傳感系統(tǒng)73-74
• 3.4.2 折射率激光傳感系統(tǒng)74-77
• 3.5 小結(jié)77-79
• 4 基于多模-單模-多模結(jié)構(gòu)的全光纖MZI傳感特性研究79-99
• 4.1 引言79
• 4.2 工作原理79-95
• 4.2.1 應(yīng)變傳感特性研究79-85
• 4.2.2 溫度傳感特性研究85-89
• 4.2.3 折射率傳感特性研究89-94
• 4.2.4 多變量同時(shí)測(cè)量94-95
• 4.3 MSPSM結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)傳感研究95-97
• 4.4 小結(jié)97-99
• 5 基于雙通道馬赫-增德爾干涉儀的光纖振動(dòng)傳感研究99-115
• 5.1 引言99-100
• 5.2 工作原理及解調(diào)技術(shù)100-108
• 5.2.1 基于3×3耦合器的MZI解調(diào)方案研究101-103
• 5.2.2 相位生成載波解調(diào)方案研究103-104
• 5.2.3 仿真與實(shí)驗(yàn)104-108
• 5.2.3.1 基于壓電陶瓷的光相位調(diào)制器相位調(diào)制系數(shù)的測(cè)量105-108
• 5.2.3.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證108
• 5.3 基于PGC解調(diào)算法的分布式振動(dòng)傳感器108-113
• 5.3.1 工作原理108-110
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)與討論110-113
• 5.4 小結(jié)113-115
• 6 結(jié)論115-119
• 6.1 總結(jié)115-117
• 6.2 下一步要展開的工作117-119
• 參考文獻(xiàn)119-127
• 附錄A127-129
• 索引129-131
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果131-135
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集135

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：999106