基于可调谐激光器的FBG准分布式传感系统的研究

发布时间：2023-02-18 08:47

　　由于光纤布拉格光栅(FBG)具有波长调制和传感复用的特性,因而其在传感领域占据着越来越重要的地位。在FBG传感系统中,光信号作为外界参量变化的载体,其调制与解调技术至关重要。随着光纤通信与传感技术的发展,系统对调谐范围宽、性能稳定、线宽窄的可调谐激光器的需求越来越多。本文首先介绍了光纤激光器与光纤光栅发展状况,分析了可调谐激光器与FBG传感的理论基础;然后设计了基于FFP-TF2滤波器的可调谐激光器;最后在可调谐激光器的基础上搭建出FBG准分布式传感系统,通过对可调谐激光器输出波长与驱动电压的标定,来对FBG反射信号进行解调,从而实现FBG的寻址。可调谐激光器输出波长由FFP-TF2的驱动电压来调节。而FFP-TF2的驱动电压则是通过基于直接数字频率合成(DDS)设计的函数信号发生器产生的数字信号再经过DAC模块进行数模转换,最后经放大电路放大得到。其中,控制程序是通过Verilog HDL语言编写,硬件设计是在FPGA开发板上实现的。根据设计的可调谐激光器的原理图,利用相关器件搭建出了实验系统,并对系统的输出波长、输出功率、波长调谐等特性进行了测试与分析。实验表明:(1)当FFP-T...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 光纤激光器发展概况
        1.2.2 FBG发展概况
    1.3 本论文主要内容和结构安排
第二章 可调谐激光器与FBG传感的理论基础
    2.1 掺铒光纤激光器的基本理论
        2.1.1 掺铒光纤
        2.1.2 激光产生基本原理
        2.1.3 泵浦光源连接方式
    2.2 抽运及阈值特性分析
    2.3 FFP-TF2 的理论分析
        2.3.1 F-P腔的光学理论分析
        2.3.2 FFP-TF2 滤波器的性能指标
        2.3.3 FFP-TF2 的输出特性
    2.4 FBG传感的基本理论
        2.4.1 FBG的温度传感特性
        2.4.2 FBG的应力传感特性
    2.5 FBG传感的解调技术
        2.5.1 复合干涉解调法
        2.5.2 匹配光栅滤波解调法
        2.5.3 可调F-P滤波器解调法
        2.5.4 连续波调频技术解调法
    2.6 本章小结
第三章 可调谐激光器的设计
    3.1 可调谐激光器的关键器件介绍
        3.1.1 泵浦光源
        3.1.2 FFP-TF2 可调谐滤波器
        3.1.3 980/1550nm WDM
        3.1.4 ISO光隔离器
        3.1.5 光纤耦合器
        3.1.6 半导体恒温箱BH8001
    3.2 FFP-TF2 调谐电压信号的设计
        3.2.1 基于DDS函数信号发生器的设计
        3.2.2 FFP-TF2 调谐电压的放大电路设计
    3.3 可调谐激光器的实验系统与工作原理
    3.4 可调谐激光器的实验结果及分析
        3.4.1 输出波长特性的测试与分析
        3.4.2 调谐特性的测试与分析
        3.4.3 输出功率特性的测试与分析
        3.4.4 温度对系统影响的测试与分析
    3.5 本章小结
第四章 基于可调谐激光器的FBG准分布式传感系统
    4.1 基于可调谐激光器的FBG准分布式传感系统的工作原理
    4.2 基于可调谐激光器的FBG传感系统的硬件设计
    4.3 基于可调谐激光器的FBG传感系统的上位机设计
    4.4 基于可调谐激光器的FBG准分布式传感系统的理论推导
        4.4.1 基于可调谐激光器的FBG准分布式传感寻址方式一
        4.4.2 基于可调谐激光器的FBG准分布式传感寻址方式二
    4.5 基于可调谐激光器的FBG准分布式传感系统实验及分析
        4.5.1 FBG寻址方式一实验测试与分析
        4.5.2 FBG寻址方式二实验测试与分析
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及参加科研情况
致谢



本文编号：3744647