论文题目: 白光干涉法保偏光纤偏振耦合测试及其应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 唐锋
导师: 张以谟,周革
关键词: 白光干涉,保偏光纤,偏振耦合,双折射色散,分布式传感,数据处理
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 基于白光干涉原理,研制成功高双折射保偏光纤分布式偏振耦合测试仪一台。该仪器用于保偏光纤偏振模式能量耦合现象的检测,可作为保偏光纤制造及使用过程中的一种有效检测手段,提高光纤偏振器件及系统的性能。在继承课题组原有工作的基础上,从理论、仪器化、实验和应用四个方面对偏振耦合及白光干涉技术进行深入研究。理论分析了外部扰动与保偏光纤双折射、偏振耦合间的数学关系;分析了方案本身、偏振模式、仪器客观条件等对干涉结果的影响,给出了消除干涉仪系统误差的耦合强度和耦合点位置计算方法;设计完成了仪器的光学、机械、电路、数据处理及软件系统,仪器可完成500m长保偏光纤的干涉扫描,无双折射色散下空间分辨率和耦合强度探测灵敏度分别达到6cm和-80dB。基于该仪器,开展了保偏光纤环测试等一系列应用研究。工作中的主要创新点:1.根据模式耦合理论、光弹理论及弹性力学理论,建立了外力作用下三段保偏光纤串联的偏振耦合模型,揭示了保偏光纤受扰动区双折射轴的旋转是偏振耦合的来源;建立了力场大小、方向和作用长度与偏振耦合的数学关系,并将其应用于分布式应力传感。2.首次阐明了保偏光纤双折射色散对偏振耦合测试的影响,从理论和实验上说明了由于双折射色散的作用,随着光纤长度的增加,白光干涉包络展宽及干涉可见度下降的规律。3.分析了偏振激发模式对偏振耦合测试的影响,提出了任意偏振态激发的测试方案;采用偏振调整优化,提高耦合点干涉条纹的可见度,将仪器耦合强度探测灵敏度提高10dB;提出了基于检偏器透射光的偏振调整系统,直接旋转格兰棱镜消除系统波长相关性。4.在分析偏振耦合测试白光干涉数据时频特性的基础上进行了其处理算法开发:小波变换去噪,时频分析耦合点自动识别,非线性回归分析干涉包络提取。5.基于偏振耦合测试仪,开发了保偏光纤环检测、偏振无源光器件检测、保偏光纤对轴、保偏光纤拍长测试、分布式传感、保偏光纤双折射色散检测等多种应用。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 保偏光纤概述
1.1.1 保偏光纤与偏振耦合
1.1.2 保偏光纤的主要参数
1.1.3 保偏光纤的发展与现状
1.2 偏振耦合测试及其应用
1.2.1 偏振时域反射法（POTDR）
1.2.2 迈克耳逊白光干涉仪法
1.2.3 Mach-Zehnder 白光干涉仪法
1.2.4 调频载波FMCW 法
1.2.5 锁模光纤环激光器法
1.2.6 基于Kerr 效应的耦合点位置检测
1.2.7 合成光学相干函数法
1.2.8 波长扫描干涉法
1.2.9 各方法比较
1.2.10 国内偏振耦合测试研究现状
1.3 白光干涉测量技术
1.3.1 白光干涉与单色光干涉
1.3.2 白光干涉仪的基本结构
1.3.3 白光干涉信号处理技术
1.3.4 白光干涉的应用
1.4 本论文的研究基础和主要工作
第二章 偏振耦合与白光干涉法偏振耦合测试原理
2.1 保偏光纤模式耦合理论
2.1.1 模式耦合理论
2.1.2 光纤双折射的产生
2.2 保偏光纤偏振耦合模型
2.2.1 偏振耦合模型
2.2.2 横向应力作用下的偏振耦合
2.3 白光干涉法偏振耦合测试原理
2.3.1 测试原理
2.3.2 单耦合点干涉分析
2.3.3 耦合点位置和耦合强度的计算
2.3.4 测试范围和空间分辨率
2.4 影响偏振耦合测试精度的若干理论问题的研究
2.4.1 保偏光纤激发偏振模式的影响
2.4.2 检偏器投射角度的影响
2.4.3 迈克耳逊干涉仪两臂反射镜夹角的影响
2.4.4 多普勒（Doppler）频移的影响
2.4.5 耦合强度测试精度分析
本章小结
第三章 偏振耦合测试仪器化研究
3.1 偏振耦合测试仪的总体设计
3.2 光学系统设计
3.2.1 光源系统
3.2.2 偏振调整光学系统
3.2.3 迈克耳逊干涉仪光路部分
3.3 机械系统设计
3.3.1 机械各部分简介
3.3.2 电动线性位移平台
3.4 电路系统设计
3.4.1 低噪声光电探测电路
3.4.2 步进电机驱动控制
3.4.3 数据采集与控制电路设计
3.4.4 电源电路设计
3.5 偏振耦合测试白光干涉数据处理
3.5.1 干涉扫描数据特性分析
3.5.2 干涉数据的滤波去噪
3.5.3 耦合点的自动识别
3.5.4 白光干涉包络提取
3.6 偏振耦合测试仪软件系统开发
3.6.1 软件系统的总体设计
3.6.2 软件系统的几种关键技术
3.6.3 软件系统完成的主要功能
本章小结
第四章 偏振耦合测试在分布式传感中的应用研究
4.1 分布式光纤传感概述
4.2 偏振耦合分布式应力传感原理
4.3 分布式应力传感实验研究
4.3.1 应力施加系统
4.3.2 应力施加实验
4.4 长距离分布式位置传感
4.5 分布式温度传感
本章小结
第五章 保偏光纤双折射色散对偏振耦合测试的影响
5.1 保偏光纤双折射色散
5.2 色散与白光干涉
5.3 色散对偏振耦合测试影响的理论分析
5.4 色散对偏振耦合测试影响的实验研究
5.4.1 各实验光纤环特性测试
5.4.2 色散对包络展宽的影响实验
5.4.3 色散对干涉可见度的影响实验
5.5 偏振耦合测试仪光纤扫描范围和空间分辨率再研究
本章小结
第六章 偏振耦合测试实验及应用研究
6.1 偏振耦合测试仪实验研究
6.1.1 杂散光噪声影响实验
6.1.2 空间分辨率实验
6.1.3 耦合强度探测灵敏度实验
6.1.4 偏振调整角度对耦合强度探测灵敏度的影响实验
6.1.5 包络拟合效果实验
6.2 偏振耦合测试仪应用研究
6.2.1 保偏光纤环扫描测试
6.2.2 偏振无源光器件测试
6.2.3 保偏光纤对轴
6.2.4 保偏光纤拍长测试
6.3 偏振耦合测试仪已实现的参数和功能总结
第七章 总结与展望
本文完成的主要工作
工作中的主要创新点
本文下一步工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
- [1].光波长转换技术及相移保偏光纤布拉格光栅反射谱的研究[D]. 徐晓峰.吉林大学2005
- [2].基于白光干涉的保偏光纤偏振耦合检测的研究[D]. 李海峰.天津大学2004
- [3].细径保偏光纤耦合器熔融拉锥制造技术的研究[D]. 张伟.哈尔滨工业大学2015
- [4].石英保偏光纤在辐照环境下性能退化规律与机理[D]. 张红晨.哈尔滨工业大学2013
- [5].主动锁相光纤激光相干合成技术研究[D]. 范馨燕.哈尔滨工业大学2010
- [6].用于保偏光纤特性表征的白光干涉理论及技术研究[D]. 陈信伟.天津大学2011
- [7].长周期光纤光栅理论及传感技术研究[D]. 姜明顺.山东大学2010
- [8].基于模间干涉型光纤滤波器研究[D]. 郝文良.安徽大学2011
- [9].用于拖曳阵阵形测量的光纤磁场传感研究[D]. 张学亮.国防科学技术大学2007
- [10].熔锥型保偏光纤耦合器制造理论与关键技术研究[D]. 王金娥.国防科学技术大学2007
相关论文
- [1].熔锥型保偏光纤耦合器制造理论与关键技术研究[D]. 王金娥.国防科学技术大学2007
- [2].光波长转换技术及相移保偏光纤布拉格光栅反射谱的研究[D]. 徐晓峰.吉林大学2005
- [3].白光干涉分布式光纤形变测量技术研究[D]. 杨军.哈尔滨工程大学2005
- [4].基于白光干涉的金属极薄带测厚理论与系统研究[D]. 杜艳丽.浙江大学2006
- [5].用于微表面形貌检测的纳米级白光相移干涉研究及仪器化[D]. 张红霞.天津大学2004
- [6].激光消偏技术和偏振干涉滤波理论研究[D]. 刘继红.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）2006
- [7].高双折射聚合物光子晶体保偏光纤设计及制备与表征的初步结果[D]. 张亚妮.陕西师范大学2007
- [8].熊猫保偏光纤结构设计、制备工艺及性能研究[D]. 童维军.华中科技大学2006