论文摘要
大规模光纤水听器阵列和长距离传输光缆构成的岸基警戒系统是光纤水听器的重要发展方向之一。然而传输光缆和光纤水听器阵列探测光缆易受海洋洋流、海底生物以及人为因素的破坏,频繁出现的光缆故障不仅造成巨大经济损失,而且可能导致岸基警戒系统完全失效。另外军用通信光缆还有可能成为敌国窃听和攻击的目标。基于布里渊散射的分布式光纤传感技术以其高精度的应变、温度传感而倍受青睐,若利用海底传输光缆和光纤水听器阵列探测光缆中一根光纤进行分布式应变传感,不仅可以在故障发生之后快速定位,减少维修时间,降低损失,更可以在故障发生之前监测光缆应力状态,在危险情况发生之前进行预警。本论文结合教研室已进行的光纤水听器阵列研制,开展基于布里渊光时域反射技术（BOTDR）的分布式光纤传感关键技术研究,利用铌酸锂波导电光强度调制器的移频特性调制激光,以获得具有布里渊频移的参考光,用于布里渊传感信号的相干检测,实现应变的分布式传感。本论文的主要研究内容和创新包括:（1）详细推导了布里渊频移、功率与温度、应变的关系,得到了实用的传感公式。（2）详细分析了Mach-Zehender干涉滤波器的滤波、鉴频原理,得出Mach-Zehender干涉滤波器用于布里渊散射信号的直接检测时,干涉仪的自由光谱范围（FSR）是布里渊频移的两倍的结论。（3）从理论和实验上深入研究了铌酸锂波导电光强度调制器（EOIM）的移频特性,在高频（～GHz）调制和低频（kHz～MHz）调制采用不同的测试方法得到EOIM各阶输出光波随施加给调制器的直流偏置电压的变化趋势不同,当入射光功率固定时,可以通过调节直流偏置电压值方便地增大或减小某一边频带光强。通过实验测试得到EOIM用于布里渊散射信号相干检测时的最佳直流工作点。详细分析并实验验证了调制深度C与微波调制频率、功率的关系。这是论文的主要创新点之一。（4）将EOIM用于相干检测的布里渊分布式传感系统中,设计并构建了BOTDR实验传感系统,详细分析并测试了系统的光学性能,进行了应变传感实验,得出了布里渊散射光强度与应变的关系。（5）用FSR为1.5GHz的扫描F-P干涉仪测试并推算了传感光纤的布里渊频移量。根据理论和实验研究结果提出了受激布里渊散射阈值的一种新定义方法,这是论文的又一创新点。
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标签：布里渊分布式光纤传感论文; 铌酸锂波导电光强度调制器论文; 相干检测论文; 受激布里渊散射阈值论文; 光纤水听器阵列论文;