基于可调谐扫描激光器的高精度光纤光栅解调系统研究

发布时间：2020-09-25 14:17

　　随着光纤传感技术的发展,越来越多的光纤传感器及其解调设备相继得到研制,但现有解调产品的解调精度、分辨率、带宽等性能指标不能满足高精度检测的需求。因此,高精度、高可靠性的光纤传感检测装置的研究具有十分重要的意义。本文以光纤Bragg光栅的应用为基础,针对光纤Bragg光栅解调系统的国内外发展现状,对现有解调方法性能的优劣进行了分析,提出了一种高精度的FBG传感解调系统—基于可调谐扫描激光器的高精度FBG解调系统。主要研究内容包括:解调系统光路设计、可调谐扫描激光硬件设计、F-P滤波器等关键器件研制、解调系统软件实现及波长提取优化算法研究。首先,论文针对现有光纤光栅解调仪的优缺点,提出了可调谐扫描激光器解调方法,研制了适用于本系统的F-P滤波器等关键器件,F-P滤波器的自由光谱区可达50nm,精细度达到1000,并对其他光学器件进行了性能分析,完成解调系统整体的光路设计。其次,论文完成了激光器硬件电路的设计制作,包括泵浦源驱动电路的设计分析、温度控制电路的设计实现、放大电路的设计制作及光电转换技术的应用。同时,在硬件系统的基础上,开发了一套基于LabVIEW的解调系统软件。实现了解调系统实时解调和实时存储等功能。最后,针对高精度解调测试标定难的问题,本文提出采用标准具作为被测对象的方法,完成了系统标定。对不同扫描频率下的解调精度及波长分布关系进行分析,根据解调数据的分布情况,提出波长优化算法,将解调精度进一步提高。最终,研制出解调精度为0.8pm、解调带宽为1525-1565nm、稳定性为0.8pm的的高精度光纤光栅解调系统。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP212;TN248
【部分图文】：

解调系统,总体设计方案,光纤光栅,扫描激光器

滤波器的研制及可调谐扫描激光器的光路设计等方面进行研究设计。3.1 FBG 解调系统总体设计新一代的高精度光纤Bragg光栅解调系统是限制光纤Bragg光栅传感器被使用的重要因素之一，为了提高传感系统解调精度、降低系统成本，本文提图 3.1 所示的系统结构，系统主要由可调谐扫描激光器、传感光路、电路硬解调软件四大部分组成。可调谐扫描激光器作为系统光源，由光隔离器、波用器、掺铒光纤、耦合器及 F-P 光滤波器组成，由掺铒光纤将单波长光源进激放大，由三角波扫描驱动信号控制 F-P 滤波器周期性输出单束光，形成环出结构，扫描线宽由 F-P 光滤波器性能决定，扫描带宽可以达到 50pm，输光的光功率可以达到 1.4mW，由于可调谐扫描激光器做发射光源，输出波断地在 1525-1565nm 之间来回扫描，在接收模块上无需额外增加 F-P 滤波器化了系统设计结构。

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图 3.7 F-P 滤波器 3dB 带宽测试曲线图LED 宽带光源和光波长计进行 F-P 滤波器的 FSR 指标 YOKOGAWA 公司的 AQ6151 型号光波长计，波长精度为 0.1pm，波长测量范围为 1270-1650nm。测试结果如接近 50nm，由此，计算精细度可达到 1000，精细度越越小，解调系统的分辨率越高。

测试图,测试图,滤波器,波长精度

图 3.7 F-P 滤波器 3dB 带宽测试曲线图利用 SLED 宽带光源和光波长计进行 F-P 滤波器的 FSR 指标测试，光波长计采用日本 YOKOGAWA 公司的 AQ6151 型号光波长计，波长精度为±0.3pm，显示分辨率为 0.1pm，波长测量范围为 1270-1650nm。测试结果如图 3.8 所示，自由光谱区接近 50nm，由此，计算精细度可达到 1000，精细度越高，说明透射波长的跳变越小，解调系统的分辨率越高。

【参考文献】