基于双波长光纤激光器与四波混频效应的传感技术研究

发布时间：2020-06-08 09:00

【摘要】：近年来,光纤传感、光纤激光及通信技术的飞速发展极大地推动了人类社会的信息化进程。光纤器件本身具有体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强以及与光纤系统兼容性好等优点,而广泛应用于光纤通信和光纤传感等领域。光纤光栅作为应用最为广泛的光纤无源器件,在众多工程领域有巨大应用潜力,但光纤光栅交叉敏感问题严重限制了其实际应用。针对此应用需求,本文结合光纤传感及光纤激光器技术,设计了一种可应用于温度-应力同时检测的双波长激光器,并利用四波混频效应提升温度-应力分辨能力。本文主要研究工作及成果如下:(1)首先,在理论上,研究了保偏光纤的双折射特性,并利用耦合模理论分析了保偏光纤光栅的光谱特性;在实验上,分析了保偏光纤光栅温度/应变传感特性;(2)其次,针对保偏光纤光栅反射谱带宽较宽、传感分辨率低等问题,提出了一种基于保偏光纤光栅的双波长光纤激光器传感方案。通过实验可知,双波长激光器信噪比可达47dB,同时,分析了双波长激光器的温度及轴向应力传感特性。(3)最后,为提升双波长光纤激光传感器温度-应力分辨能力,本文研究了一种基于四波混频的双波长激光传感方案。利用四波混频效应产生闲频光与转换光,将闲频光与转换光的温度/应力特性用于温度-应力表征,可有效提高系统的温度-应力分辨能力。实验中,第3阶的闲频光与转换光之间的温度灵敏度差异可达4.32pm/℃,轴向应力灵敏度差异0.25pm/N,与双波长激光器传感方案相比,基于四波混频的双波长激光传感方案的温度-应力分辨能力得到明显提升。
【图文】：

k 为整数，c 为真空中光速，n 为光纤折射率，L 为腔长。因此两个相邻模式（纵模）间频差 为：=cnL (3-4)综上所述，光纤激光器两种谐振腔结构出光特性皆取决于选模器件的传输特性。因此合理设计选模器件可对光纤激光器出光特性进行调控。（2） 基于 PMFBG 的双波长光纤激光器型传感器设计基于 PMFBG 的双波长激光器结构装置图如图 3-10 所示，采用了线性激光腔结构。其中，泵浦光源使用康冠公司 980nm 半导体激光器，，最大输出功率为 200mW。线性谐振腔由一个 CFBG 与 PMFBG 组成。其中：CFBG 的啁啾率为 7nm/cm，带宽约 46nm；PMFBG 总反射率超过 80%，带宽约 0.15nm。增益介质选取高掺杂率的掺铒光纤，该光纤工作波段为 C 波段，长度为 2m。偏振控制器（polarization controller，PC）用于控制腔内偏振态。980nm/1550nm 波分复用器作为连接器件。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248;TP212

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;中国首台2万瓦光纤激光器正式装机将打破美国禁运[J];现代焊接;2016年12期

2 李云庆;;基于嵌入式技术的光纤激光器优化控制系统设计[J];激光杂志;2019年06期

3 郭嘉池;吴景丰;杨家欣;黄彩红;刘旭;;高功率光纤激光器研究进展[J];中国新通信;2019年17期

4 马思烨;张闻宇;邱佳欣;冀巍;刘燕j;;高功率连续光纤激光器技术发展概述[J];光纤与电缆及其应用技术;2019年05期

5 张宁;;掺铥光纤激光器结构与特性研究[J];北京联合大学学报;2018年02期

6 申玉霞;李飞;;基于优化神经网络的光纤激光器的最优设计[J];激光杂志;2017年02期

7 宋昭远;姚桂彬;张磊磊;张雷;龙文;;单频光纤激光器相位噪声的影响因素[J];红外与激光工程;2017年03期

8 刘毅;;首台2万瓦光纤激光器正式装机 打破国外技术垄断[J];中国设备工程;2017年01期

9 ;国产光纤激光器进入发展新阶段[J];锻压装备与制造技术;2017年04期

10 李昕芮;王子健;李增;冯玉玲;;双频调制的单环铒光纤激光器的混沌产生和同步[J];长春理工大学学报(自然科学版);2016年02期

相关会议论文 前10条

1 全昭;漆云凤;何兵;周军;;2μm波段连续拉曼光纤激光器研究[A];第十四届全国物理力学学术会议缩编文集[C];2016年

2 马建立;姜诗琦;于淼;刘海娜;王军龙;王学锋;;1.2kW单主振级全光纤激光器[A];激光聚变能源检测与驱动技术研讨会摘要集[C];2015年

3 赵水;段云锋;张秀娟;王强;邓明发;孙维娜;;1908nm掺铥全光纤激光器的研究[A];激光聚变能源检测与驱动技术研讨会摘要集[C];2015年

4 周军;何兵;李骁军;叶青;刘恺;漆云凤;楼祺洪;陈卫标;;高功率光纤激光核心部件与高功率光纤激光器的产业化[A];第十三届全国物理力学学术会议论文摘要集[C];2014年

5 史伟;;高端光纤激光器的研究现状[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

6 史伟;;基于光纤激光器的太赫兹源[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

7 镇伟;曹涧秋;陆启生;;相互注入式光纤激光器耦合阵列相干合成的研究进展[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

8 罗正钱;黄朝红;蔡志平;许惠英;刘孙丽;;掺磷拉曼光纤激光器的解析解及数值模拟[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

9 侯静;肖瑞;陈子伦;张斌;;3路光纤激光器阵列相干合成输出[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

10 刘艳格;董孝义;袁树忠;开桂云;刘波;付圣贵;王志;;全光纤激光器与放大器研究(特邀)[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

相关重要报纸文章 前10条

1 夏燕;烽火通信：光纤激光器用掺镱光纤实现市场突破[N];人民邮电;2018年

2 MEB记者 余悦;光纤激光器市场爆发 全球市场规模超20亿美元[N];机电商报;2018年

3 本报记者 赵谦德 见习记者 李万晨曦;锐科激光打破国外激光设备垄断 整合光纤激光器产业链走向高端制造[N];证券日报;2018年

4 深圳商报记者 陈姝 通讯员 杨小彬;“激光打蚊子”机器人将于明年上市[N];深圳商报;2017年

5 记者 文俊 通讯员 余洋欢 实习生 董航;我省研发国内首台2万瓦光纤激光器[N];湖北日报;2016年

6 记者 李墨;我国首台万瓦光纤激光器在汉问世[N];湖北日报;2013年

7 记者 王进;我国首台万瓦连续光纤激光器问世[N];中国船舶报;2013年

8 本报记者 李波;“万瓦光纤激光器”促3D打印“成行”[N];中国证券报;2013年

9 记者 邓洪涛　通讯员 陈俊 李慧;我国光纤激光器跨进全球三强[N];湖北日报;2011年

10 记者 张平阳;首台国产1000W工业级光纤激光器在西安诞生[N];西安日报;2012年

相关博士学位论文 前10条

1 吴志超;光纤激光器研制及其在全光调制信号分析仪中的应用[D];华中科技大学;2019年

2 马云秀;掺镱光纤发光特性及激光器研究[D];华中科技大学;2019年

3 王尧;高功率2微米掺铥光纤激光器及其动力学特性研究[D];上海交通大学;2016年

4 王世伟;二维材料MoS_2的宽谱超快光纤激光特性研究[D];上海交通大学;2016年

5 况庆强;锁模拉曼光纤激光器及其动力学特性研究[D];上海交通大学;2016年

6 何俊杉;新型二维硫系化合物在脉冲光纤激光器中的应用研究[D];广东工业大学;2019年

7 徐润亲;掺镱锁模光纤激光器及非线性光纤放大器理论与实验研究[D];北京工业大学;2019年

8 罗永锋;2微米光纤激光器非线性特性研究[D];上海交通大学;2018年

9 吴函;新型随机光纤激光器的实现及应用[D];电子科技大学;2019年

10 徐海洋;高功率光纤激光器中自脉冲效应的产生及其抑制研究[D];国防科技大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘芳芳;1120nm掺镱光纤激光器研究[D];山东理工大学;2019年

2 黄燕;基于新型可饱和吸收体的光纤激光器研究[D];山东理工大学;2019年

3 李金健;基于新型二维材料的短脉冲光纤激光器研究[D];山东理工大学;2019年

4 贾青;高分辨率光纤激光器声发射检测与复用技术研究[D];石家庄铁道大学;2019年

5 周希;基于锁模光纤激光器的双光频梳产生及应用研究[D];华中科技大学;2019年

6 李正;基于ARM+FPGA全光纤激光器嵌入式控制系统的设计[D];华中科技大学;2019年

7 陈荣;2微米掺铥脉冲光纤激光器及其放大的实验研究[D];上海交通大学;2016年

8 颜硕;高量子效率增益开关掺铥光纤激光器[D];上海交通大学;2016年

9 范路遥;二维材料可饱和吸收体被动锁模光纤激光器[D];北京工业大学;2019年

10 郭瑾颐;1.2μm波段超短脉冲拉曼光纤激光器[D];北京工业大学;2019年

本文编号：2702843