基于光纤干涉技术的光纤激光器及传感器的研究

发布时间：2017-07-17 13:03

  本文关键词：基于光纤干涉技术的光纤激光器及传感器的研究

  更多相关文章： 干涉仪 折射率 光子晶体 光纤传感器

【摘要】：光纤干涉仪具有结构简单,与光纤系统的兼容性好,抗腐蚀,抗电磁干扰和反应灵敏度高等优点。因此光纤干涉技术被广泛地应用在现代光学通信、光电检测与传感、结构体嵌入式监测、航空航天等领域。在多波长掺铒光纤激光器中,光纤干涉仪通常作为系统的梳状滤波单元,然而现有的技术不能够在同一个激光谐振腔中实现波长间隔、峰值位置、波长数目以及光谱范围的调控。因此我们提出并实现了一种基于Mach-Sender(MZ)干涉技术以及强度相关损耗调制的多功能可调谐的掺铒光纤激光器。通过调节相关损耗效应,本系统实现了波长数目和光谱范围的调控;通过改变MZ干涉仪的工作状态,本系统实现了波长间隔和峰值位置的转换;通过改变泵浦功率,本方案还实现了波长数目的精确控制。更重要的是,本激光系统对每个参量的调谐都是单独实现的,不会带来其它参量的变化。此外,光纤干涉仪还可以作为传感器来实现对一些参量的检测,如温度、压力、超声、张力、折射率、湿度和气体浓度。灵敏度是表征传感器性能的一项重要指标,所以提高传感器的灵敏度具有重要的实际意义。基于此,我们提出了三种基于Fabry-Perot(FP)干涉仪的高灵敏度的光纤传感器。根据Vernier效应的包络函数的放大特性,我们提出并制备了一种基于Vernier效应的高灵敏度的光纤FP气体折射率传感器。本方案有效地利用光纤最后端面的发射光对参考光的调制,实现了Vernier放大效应。该传感器的结构设计免除了消除光纤尾端反射光所带来的弊端,使制作成本和复杂度降低。实验上所获得的折射率灵敏度高达30899 nm/RIU,突破了现有技术的瓶颈。根据光子晶体光纤的非均匀断裂特性,我们提出并制备了一种基于凹芯光子晶体光纤的超短腔高灵敏度的光纤FP应变传感器。本方案所制备的传感器的腔的长度短至3.43?m,所提供的应变灵敏度高达42.24 pm/?ε,接近现有技术的最高水平。通过对凹芯光子晶体光纤制备工艺的进一步优化,我们提出并制备了一种基于凹芯光子晶体光纤的FP微流体折射率传感器。本方案的创新点在于所制备的传感器的腔内体积很小、响应速度快、结构简单、稳定性及重复性较强。本研究工作为现代化的光纤光源和光纤传感技术提供了重要的理论支持,对光纤干涉技术在各个相关领域的发展都有着重要的指导意义。
【关键词】：干涉仪 折射率 光子晶体 光纤传感器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.3;TN248;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究意义9
• 1.2 光纤干涉技术在MWEDFL领域的研究现状9-11
• 1.2.1 基于FBGs的多波长光纤激光器9-10
• 1.2.2 基于光纤FPI的多波长光纤激光器10
• 1.2.3 基于光纤双折射效应的多波长光纤激光器10
• 1.2.4 基于光纤MZI的多波长光纤激光器10-11
• 1.3 光纤干涉技术在光纤传感领域的研究现状11-12
• 1.3.1 光纤Sagnac传感器11-12
• 1.3.2 光纤MZI传感器12
• 1.3.3 光纤FP传感器12
• 1.4 研究内容与研究方法12-15
• 1.4.1 研究内容12-13
• 1.4.2 研究方法13-15
• 第2章 两种光纤干涉仪的理论模型15-21
• 2.1 引言15
• 2.2 可调谐双通道光纤MZ干涉仪15-18
• 2.3 光纤FPI的工作原理18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 基于MZI的可调谐多波长掺铒光纤激光器21-28
• 3.1 引言21
• 3.2 实验装置21-22
• 3.3 多波长光纤激光器参数的调控及机理研究22-26
• 3.3.1 波长间隔和光谱范围的调控22-23
• 3.3.2 波长数目和光谱范围的调控23-25
• 3.3.3 波长数目的精确调控25-26
• 3.4 激光系统的稳定性26-27
• 3.5 本章小结27-28
• 第4章 基于Vernier效应的高灵敏度的光纤FPI气体RI传感器28-37
• 4.1 引言28
• 4.2 传感器的工作原理28-31
• 4.3 传感器的制备31-32
• 4.4 实验测量及性能分析32-36
• 4.4.1 实验测量装置32-33
• 4.4.2 空气相对压力的测试33-34
• 4.4.3 空气RI的测试34-35
• 4.4.4 传感器的响应速度35-36
• 4.5 本章小结36-37
• 第5章 基于凹芯光子晶体光纤的FPI应变传感器37-43
• 5.1 引言37
• 5.2 传感器的制备37-38
• 5.3 传感器的工作原理分析38-40
• 5.4 应变测量及分析40-42
• 5.4.1 实验装置40-41
• 5.4.2 实验结果分析41-42
• 5.4.3 传感器的温度响应42
• 5.5 本章小结42-43
• 第6章 基于凹芯光子晶体光纤的FPI微流体RI传感器43-51
• 6.1 引言43
• 6.2 传感器的结构和制备过程43-45
• 6.3 微流体RI测量及结果分析45-50
• 6.3.1 实验装置45-46
• 6.3.2 不同液体RI的测量46
• 6.3.3 液体浓度的测量46-48
• 6.3.4 传感器温度交叉敏感性的分析48-49
• 6.3.5 传感器的反应时间的测试49-50
• 6.4 本章小结50-51
• 结论51-52
• 参考文献52-58
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果58-61
• 致谢61

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本文编号：553683