基于光纤SBS效应的温度传感测试的理论和实验研究

发布时间：2020-10-11 22:08

　　 受激布里渊散射(SBS)作为光纤中一种典型的非线性光学效应,有着广泛的应用领域,如光纤激光器、慢光延迟、光纤传感、微波光子学、波分复用(WDM)系统等。布里渊频移(BFS)对温度/应变的线性依赖是作为点式/分布式温度/应变传感器的基础,这种依赖来自于声速和光纤折射率的变化。该线性关系保证了工业应用中温度和/或应变的大范围监测,如通信网络,化学,石油,天然气和土木结构。而且,随着对光纤技术研究的急剧增加,利用SBS效应的多波长光纤激光传感技术,近年来受到了广泛的关注。本论文针对基于SBS效应的多波长输出进行了一系列的理论和实验系统研究,主要内容如下:(1)首先介绍了课题研究背景,主要讲述了传统光纤传感器的分类和优缺点;其次分析了新型多波长光纤激光传感器的研究意义;然后引入了布里渊散射的传感应用潜能,列举出了多波长布里渊光纤激光传感器的研究现状;最后说明了本论文的主要内容和创新点。(2)详细介绍了布里渊散射的基本理论以及SBS多波长输出的形成过程;然后分析了布里渊频移的温度传感特性,给出了Stokes波长的线宽和温度分辨率的理论计算过程;最后介绍了基于布里渊散射的其他传感系统。(3)针对L波段提出并实验论证了一种可切换频率间距的多波长布里渊掺铒光纤激光器(MW-BEFL),利用光开关在单、双倍Brillouin频移(BFS)间切换。可分别观察到高达24个频率间隔为10GHz的稳定输出通道,以及12个频率间隔为20GHz的稳定输出通道。分别通过实验讨论了不同980nm泵浦功率和种子泵浦功率/波长对输出的Stokes波个数的影响,研究了其波形稳定性,并分析了耦合系数对输出波形的影响。(4)设计并实验研究了一种使用掺铒光纤线性放大结合Brillouin增益的多波长光纤激光传感器,生成了31个输出通道。分析了该传感装置作为多波长激光器的基本特性,研究了不同温度对各阶Stokes波的中心频移量的影响,证明了Brillouin频移对温度的线性依赖,最终获得的温度灵敏度系数可达到/15.27 MHz℃。分析了湿度对温度传感器的误差影响以及频移波动误差,其分别引起的测量误差为?.08660℃和?2850.℃。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP212;TN253
【部分图文】：

杭州电子科技大学硕士学位论文 201//2BBBgg （2B 是 BFS，B 是本征布里渊增益带宽。布里渊增益的波谱呈现出如图 2.3(a)所示的型，可以看出，在B 处的布里渊增益波谱达到峰值，此时有： pABBBcVnpgg 022122702 （2激布里渊增益中，Stokes 波的幅度（即功率）是频率依赖的，而且它的相位（如图 2示出相当敏锐的特性，通常用于慢光实验[56]。

插入了一个光开关（Optical Switch），当光开关闭合时，形成副环形腔，而主、副环间则通过 Cir 和一个 3dB 耦合器（OC2）连接起来。光开关的不同状态（闭合或断开变激光腔的整体结构，对应的输出状态亦会不同，从而起到切换 MW-BEFL 输出频率作用。实验装置的实物连接如图 3.2 所示。31 2EDFOSAOC1TLS3dB20%80%SMFWDM980nm泵浦1%99%OC2 OC3光开关CirBPSPBS1BS2主环形腔副环形腔BS1图 3.1 L 波段可切换频率间隔的 MW-BEFL 示意图

模光纤（SMF）提供，SMF 的非线性系数等于1111 .wkm-，有效面积为283.97μm 。耦合器 OC2、OC3 分别构成了两个光纤 Sagnac 环，记为 Sagnac 环 1 和 Sagnac 环中起到高反射率的反射镜作用。光路的实物连接图如图 4.2 所示。激光腔内的 SM Brillouin 增益介质，还作为该传感器的测试光纤（FUT），即传感单元，放在温控如图 4.3 所示。本次实验的温控装置使用的是分辨率为 0.1℃的恒温恒湿试验箱，型I880。3SMF/FUT12TLS980nm泵浦WDMEDFOSA3dB温控箱3dB3dBSagnac环2Sagnac环1OC3OC1 OC2Cir图 4.1 多波长 Brillouin 光纤激光传感器示意图
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈方;万生鹏;;双光纤相干外差检测布里渊频移的传感系统[J];传感器与微系统;2006年07期

2 王传琦;王辅东;李志鹏;王晓锋;伍历文;;尼龙紧包光纤的布里渊频移和温度监测研究[J];光通信技术;2017年11期

3 王传琦;王晓锋;伍历文;王辅东;陈焕新;;紧包光纤的布里渊频移和应变测量研究[J];光通信技术;2018年04期

4 王婷;田凤;汤文青;崔岩松;;分布式光纤温度传感系统的布里渊频移提取方法[J];激光与光电子学进展;2019年17期

5 李曾阳;周雪芳;樊冰;周豫;;频移间隔可切换的MWBEFL输出特性研究[J];光通信技术;2018年07期

6 张立欣;李永倩;安琪;王娇;;基于瑞利散射的单端BOTDA系统温度特性研究[J];半导体光电;2017年04期

7 ;光纤参数、测试及设备[J];中国光学与应用光学文摘;1998年05期

8 郭涛;周雪芳;刘亚庆;袁珊;;一种新颖的基于AFMLF的双倍布里渊频移间隔的MWBEL[J];半导体光电;2014年05期

9 万生鹏,何赛灵,胡建东;相干自外差电域扫描布里渊光纤传感系统方案设计及测量精度分析[J];传感技术学报;2004年03期

10 尚秋峰;胡雨婷;刘薇;;BOTDA传感系统的布里渊频移提取方法研究进展[J];半导体光电;2017年05期

相关博士学位论文 前6条

1 徐鹏柏;基于特种光纤布里渊散射效应的分布式传感技术研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

2 张立欣;单端BOTDA关键技术的理论和实验研究[D];华北电力大学(北京);2018年

3 赵志勇;空分复用分布式光纤传感技术研究[D];华中科技大学;2017年

4 梁琨;基于布里渊激光雷达的大气温度测量系统研究[D];华中科技大学;2008年

5 周会娟;基于受激布里渊散射的分布式光纤传感系统及其应用研究[D];国防科学技术大学;2012年

6 常天英;基于布里渊散射的分布式光纤传感系统研究[D];山东大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 葛超群;基于光纤SBS效应的温度传感测试的理论和实验研究[D];杭州电子科技大学;2018年

2 汤文青;BOTDA光纤温度传感系统中布里渊频移提取技术研究[D];北京邮电大学;2019年

3 孟彦杰;采动区公路变形的全分布式光纤应变监测方法研究[D];中国矿业大学;2019年

4 王鹏;BOTDA系统中信噪比提升及布里渊频移提取方法研究[D];西南交通大学;2018年

5 赵旭;多模石英光纤布里渊散射及其温度特性研究[D];华北电力大学;2015年

6 孙世林;基于布里渊散射的温度应变同时传感技术研究[D];国防科学技术大学;2012年

7 于立朋;BOTDA系统性能改进方法及实验研究[D];华北电力大学;2012年

8 高英;激光布里渊散射感知水下信息的理论研究[D];华中科技大学;2004年

9 孟祥腾;BOTDA系统关键技术的理论和实验研究[D];华北电力大学;2015年

10 周伟勇;基于分布式光纤传感器的固井质量评价技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

本文编号：2837182