【摘要】：隨著通信領(lǐng)域逐漸步入全光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,飛速發(fā)展的光纖通信系統(tǒng)對(duì)光纖濾波器的性能提出了更高的要求,研制出結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧速度快的光纖可調(diào)諧濾波器成為了必然。本論文針對(duì)光纖聲光可調(diào)諧濾波器展開系統(tǒng)的研究和分析,將光纖聲光可調(diào)諧濾波器應(yīng)用于光纖傳感領(lǐng)域,提出了基于單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器的光纖激光應(yīng)變傳感系統(tǒng)和基于單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器的光纖布拉格光柵解調(diào)系統(tǒng)。論文的主要研究成果如下：1.分析了單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器的軸向應(yīng)變和溫度特性,濾波器的諧振波長隨著軸向應(yīng)變或溫度的增加呈線性增長趨勢(shì),且光纖包層直徑越小的濾波器的諧振波長隨軸向應(yīng)變或溫度的增長系數(shù)越大；實(shí)驗(yàn)測(cè)試了光纖包層直徑分別約為39μmm和67μm的單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器的軸向應(yīng)變和溫度特性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢(shì)與仿真結(jié)果基本一致。2.提出了一種基于單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器的光纖激光應(yīng)變傳感系統(tǒng),在光纖激光應(yīng)變傳感系統(tǒng)中,單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器作為帶阻濾波器和傳感頭,該系統(tǒng)結(jié)合了單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器對(duì)軸向應(yīng)變具有線性的、高靈敏度的響應(yīng)和光纖激光器較高的信噪比、較窄的線寬的優(yōu)勢(shì),該系統(tǒng)的激光輸出波長隨著軸向應(yīng)變的增加呈線性增長趨勢(shì),其靈敏度高達(dá)0.148nm/με,高于大多數(shù)其它類型的光纖軸向應(yīng)變傳感器。3.提出了一種基于單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器的光纖布拉格光柵解調(diào)系統(tǒng),該系統(tǒng)利用了單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器的傳輸光譜的帶阻濾波特性,通過測(cè)量經(jīng)過單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器后的光纖布拉格光柵的反射光譜的峰值功率,可以得到軸向應(yīng)變的大小,同時(shí),通過控制信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓幅值,可以實(shí)現(xiàn)基于單模光纖型聲光可調(diào)諧濾波器的光纖布拉格光柵解調(diào)系統(tǒng)的響應(yīng)度的調(diào)諧。4.理論分析了均勻光纖布拉格光柵型和高斯切趾光纖布拉格光柵、相移光纖布拉格光柵和啁啾光纖布拉格光柵三種非均勻光纖布拉格光柵型聲光可調(diào)諧濾波器的傳輸特性,建立相關(guān)的理論模型,分析了聲波頻率和聲致應(yīng)變幅度對(duì)均勻光纖布拉格光柵型和非均勻光纖布拉格光柵型聲光可調(diào)諧濾波器的傳輸特性的影響；實(shí)驗(yàn)測(cè)試了聲波頻率分別為563kHz和885.5kHz的基于剪切型PZT的均勻光纖布拉格光柵型聲光可調(diào)諧濾波器的傳輸光譜和聲波頻率分別為390kHz和700kHz的基于普通PZT的均勻光纖布拉格光柵型聲光可調(diào)諧濾波器的傳輸光譜,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩者的傳輸特性較為相似,且變化趨勢(shì)與仿真結(jié)果基本一致。5.提出了一種光纖疊柵型聲光可調(diào)諧濾波器,建立了相關(guān)的理論模型,理論分析了聲波頻率和聲致應(yīng)變幅度對(duì)光纖疊柵型聲光可調(diào)諧濾波器的傳輸特性的影響,實(shí)驗(yàn)測(cè)試了聲波頻率分別為390kHz和710kHz的光纖疊柵型聲光可調(diào)諧濾波器的傳輸光譜,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢(shì)與仿真結(jié)果基本一致。
[Abstract]:With the rapid development of optical fiber communication system, it is necessary to develop a tunable fiber filter with simple structure, wide tuning range and fast tuning speed. This paper focuses on the research of optical fiber acoustooptic tunable filter. The fiber optic acousto-optic tunable filter is applied to the fiber sensing field. The fiber optic strain sensing system based on single-mode fiber acousto-optic tunable filter and fiber Bragg grating demodulation system based on single-mode fiber acousto-optic tunable filter are proposed. The main research results are as follows: 1. The axial strain and temperature characteristics of fiber-optic acoustooptic tunable filter show that the resonant wavelength of the filter increases linearly with the increase of the axial strain or temperature, and the resonant wavelength of the filter with smaller fiber cladding diameter increases with the increase of the axial strain or temperature coefficient. Axial strain and temperature characteristics of a single-mode fiber-optic acousto-optic tunable filter at 67 micron are presented. The experimental results are in good agreement with the simulation results. 2. A fiber-optic laser strain sensing system based on single-mode fiber-optic acousto-optic tunable filter is proposed. In fiber-optic laser strain sensing system, single-mode fiber-optic acousto-optic tunable filter is used. As a band-stop filter and sensor head, the system combines the advantages of single-mode fiber-optic acoustooptic tunable filter with linear axial strain, high sensitivity response, high signal-to-noise ratio and narrow linewidth of fiber laser. The output wavelength of the system increases linearly with the increase of axial strain, and its sensitivity is high. A fiber Bragg grating demodulation system based on single-mode fiber-optic acoustooptic tunable filter is proposed. The system utilizes the band-stop filtering characteristics of the transmission spectrum of single-mode fiber-optic acoustooptic tunable filter by measuring the band-stop filtering characteristics of the transmission spectrum of the single-mode fiber-optic tunable filter. The peak power of the reflection spectrum of fiber Bragg grating after the fiber-optic acoustooptic tunable filter can obtain the magnitude of axial strain. At the same time, the response of fiber Bragg grating demodulation system based on single-mode fiber-optic acoustooptic tunable filter can be tuned by controlling the output voltage amplitude of the control signal generator. The transmission characteristics of homogeneous fiber Bragg grating and Gaussian apodized fiber Bragg grating, phase-shifted fiber Bragg grating and chirped fiber Bragg grating acousto-optic tunable filters are analyzed theoretically. Relevant theoretical models are established, and the effects of acoustic frequency and acoustic strain amplitude on homogeneity are analyzed. The transmission characteristics of fiber Bragg grating (FBG) and non-uniform fiber Bragg grating (FBG) type acousto-optic tunable filters are investigated. The transmission spectra and acoustic frequencies of the uniform FBG type acousto-optic tunable filters based on shearing PZT are measured at 563 kHz and 885.5 kHz, respectively, 390 kHz and 700 kHz, respectively. Based on the transmission spectrum of uniform fiber Bragg grating acousto-optic tunable filter with ordinary PZT, it is found that the transmission characteristics of the two filters are similar, and the changing trend is basically consistent with the simulation results. The influence of strain amplitude on the transmission characteristics of fiber-optic acousto-optic tunable filters with stacked gratings is investigated. The transmission spectra of fiber-optic acousto-optic tunable filters with the acoustic frequencies of 390 kHz and 710 kHz are measured experimentally. The experimental results are in good agreement with the simulation results.
【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】：2016
【分類號(hào)】：TN713

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本文編號(hào)：2238436