基于光纤谐振腔的应变测量方法研究

论文摘要

光通信的迅猛发展,光纤制造工艺与半导体激光器生产技术的日趋成熟,带动了光纤激光器的快速发展。与此同时光纤激光器也成为当今光纤传感领域的重要器件。基于光纤激光器的传感器可以克服传统光纤传感器反馈信号弱、信噪比不高的缺点,同时还可以实现传感系统的全光纤化,大大降低了与标准通信光纤连接时的损耗,因此对光纤激光器在传感领域的研究将对光纤传感技术的发展起着举足轻重的作用。本论文对基于单纵模线性腔光纤激光器的应变传感系统进行了理论与实验研究。首先本文介绍了光纤激光器的特点、基本原理、结构、分类及应用。接着介绍了单纵模线性腔光纤激光器的基本原理,并对其进行了数值分析与计算机仿真。在理论上详细分析了线性腔光纤激光器单纵模运行的条件,并计算出单纵模运行所需的布拉格光栅反射率和谐振腔长度的关系,通过选择适当的参数实现了对线性腔光纤激光器单纵模运行的优化设计。随后根据实验对泵浦光源输出功率稳定和可调方面的要求,制作了实验所用的980nm半导体激光器的驱动电路。最后设计了一套新型的基于线性腔光纤激光器的应变传感系统,通过实验对所设计的980nm激光器驱动电路和应变传感系统进行了测试。经实验,得到了传感器中心波长和负载的关系,这一结果与理论值完全吻合。通过实验测出了产生激光所需的泵浦光强度,并将激光光谱与产生激光前不同强度泵浦光条件下的荧光光谱进行了比较。本实验采用的线性腔掺铒光纤激光器产生的激光信号和传统的双FBG传感系统相比带宽更窄,信噪比更高,完全可以满足实验要求。希望本论文对基于单纵模线性腔光纤激光器的应变传感系统的数值分析和实验研究能对今后的进一步研究奠定一定的理论和实验基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 光纤激光器的特点及应用
• 1.3 光纤激光器在传感领域的应用
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 光纤激光器理论和数值分析
• 2.1 光纤激光器的基本理论
• 2.1.1 光纤激光器的基本结构
• 2.1.2 光纤激光器的增益介质
• 2.1.3 光纤光栅的基本理论
• 2.1.4 光纤激光器的谐振腔
• 2.1.5 光纤激光器的泵浦源
• 2.2 单纵模线性腔光纤激光器的数值分析
• 2.2.1 线性腔光纤激光器基本结构
• 2.2.2 基于FBG和镜面反馈的线性腔光纤激光器单纵模条件分析
• 2.2.3 数值分析
• 2.2.4 结果讨论
• 2.3 本章小结
• 第3章 980nmLD光源驱动电路
• 3.1 半导体激光器输出特性
• 3.2 半导体激光器结构
• 3.3 半导体激光驱动电路原理
• 3.4 半导体激光器对驱动电源的要求
• 3.5 驱动电源的组成与设计
• 3.5.1 驱动电源的组成
• 3.5.2 LDD P SERIES驱动芯片简要介绍
• 3.6 半导体激光器的恒温控制
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于线性腔光纤激光器的应变传感系统实验与数据分析
• 4.1 实验系统结构
• 4.2 光纤激光器传感器对应变的响应
• 4.3 光纤激光器产生激光的阈值测量
• 4.4 实验数据及分析
• 4.4.1 实验数据
• 4.4.2 数据分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢