新型高分辨率光学传感系统及其关键器件的研究

发布时间：2022-07-12 16:49

　　光学传感器因其设计灵活、测量精度高、响应速率快、抗干扰能力强等优势,在推动新一代物联网技术和智能传感的发展中起着重要作用,同时这些新兴技术的发展也对光学传感系统的自身性能提出了更高的要求。本学位论文针对提升传感系统性能提出了四种新型高分辨率传感系统,分别是模式千涉型光纤激光传感系统、基于相移光纤光栅的光电振荡传感系统、基于硅基集成微盘谐振腔的微波光子传感系统和基于随机光纤光栅的准分布式光纤传感系统,每个传感系统都涉及到光学领域或微波光子学领域的全新传感信息探测方式,在提高光学传感系统灵敏度的同时,也实现了对传感信息的高速高分辨率解调。论文主体内容中的每一章均围绕一种光学传感系统展开,从理论与实验两方面分别介绍了系统原理、关键器件的设计与实现以及系统性能,取得的主要成果和结论如下:1.提出并搭建了一种新型模式干涉型光纤传感器与环腔激光器结合的激光传感系统,提高了对传感信息探测的分辨率和准确度。设计并采用MCVD工艺制作了一种新型环状芯子少模光纤（CRCF）。基于自制的CRCF,结合模式干涉型传感器的原理,制作出一种CRCF-SMF-CRCF（CSC）的模式干涉结构。理论分析结构中每段光纤... 

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 光纤传感器的研究进展
        1.2.1 基于马赫增德尔干涉的光纤传感器
        1.2.2 基于光纤光栅的光纤传感器
    1.3 硅基集成传感器的研究进展
        1.3.1 基于微环/微盘谐振腔的硅基集成传感器
        1.3.2 基于布拉格光栅的硅基集成传感器
        1.3.3 基于光子晶体的硅基集成传感器
    1.4 传感器探测技术的研究进展
        1.4.1 光谱探测法
        1.4.2 边缘滤波法
        1.4.3 匹配滤波法
        1.4.4 可调谐F-P腔滤波法
    1.5 本论文的主要研究工作
2 基于环芯少模光纤的环腔激光传感系统的研究
    2.1 引言
    2.2 环芯少模光纤的基本理论
        2.2.1 环芯少模光纤的折射率分布特性
        2.2.2 环芯少模光纤的模式特性
    2.3 基于环芯少模光纤的少模-单模-少模光纤结构的传感器
        2.3.1 少模-单模-少模光纤结构介绍
        2.3.2 少模-单模-少模光纤结构的传输特性
    2.4 基于环芯少模光纤的环腔激光传感系统
        2.4.1 系统结构
        2.4.2 传感原理
        2.4.3 系统测试结果
    2.5 本章小结
3 基于相移光纤光栅的光电振荡传感系统的研究
    3.1 引言
    3.2 光电振荡器的理论基础与实现
        3.2.1 经典光电振荡器的基本理论
        3.2.2 基于相移光纤光栅的光电振荡器的基本理论
    3.3 少模相移光栅的制作与测试
    3.4 基于相移光纤光栅的光电振荡传感系统
        3.4.1 系统结构
        3.4.2 传感原理
        3.4.3 系统测试结果
    3.5 本章小结
4 基于硅基微盘谐振腔的微波光子传感系统的研究
    4.1 引言
    4.2 硅基微盘谐振腔的理论与测试
        4.2.1 微盘谐振腔的基本理论
        4.2.2 微盘谐振腔的性能指标
        4.2.3 微盘谐振腔的测试
    4.3 双通带微波光子滤波器的形成
    4.4 传感信息降噪算法原理
    4.5 基于硅基微盘谐振腔的微波光子传感系统
        4.5.1 系统结构与原理
        4.5.2 系统测试结果及性能分析
    4.6 本章小结
5 基于随机光纤光栅的准分布式光纤传感系统的研究
    5.1 引言
    5.2 随机光纤光栅的理论与实验研究
        5.2.1 随机光纤光栅的制作
        5.2.2 布拉格光纤光栅与随机光纤光栅耦合模理论及对比
    5.3 频谱整形和波长-时间(SS-WTT)映射理论
    5.4 基于随机光纤光栅的准分布式光纤传感系统
        5.4.1 系统结构与原理
        5.4.2 传感信息采集原理
        5.4.3 温度与应力特性研究
        5.4.4 系统性能分析
    5.5 本章小结
6 结论
    6.1 总结
    6.2 下一步拟进行的工作
参考文献
附录A
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Si基集成技术的智能传感器应用[J]. 吴开拓,张继华,张万里.  科技资讯. 2018(11)
[2]中国光纤传感40年[J]. 廖延彪,苑立波,田芊.  光学学报. 2018(03)
[3]新型波长解调技术在干涉型光纤传感器输出解调中的应用[J]. 陈宸,李仙丽,丁晖.  光谱学与光谱分析. 2017(09)
[4]宽带接入网光纤网络改造分析[J]. 张家耀.  信息通信. 2016(03)
[5]随机折射率调制光纤光栅中的模式耦合分析[J]. 刘艳,李阳,闫小军,李卫东.  红外与毫米波学报. 2016(01)
[6]相移光纤光栅多重滤波特性研究及应用[J]. 王璐玮,陈越,赵宜鹏,吴帅,秦子雄.  光散射学报. 2015(03)
[7]光纤骨干网络组网技术研究[J]. 郭志宏.  中国新通信. 2014(24)
[8]光纤光栅传感信号解调技术研究进展[J]. 吴晶,吴晗平,黄俊斌,顾宏灿.  中国光学. 2014(04)
[9]基于双长周期光纤光栅边缘滤波的光纤布拉格光栅解调系统[J]. 朱珠,梁大开,孙红兵.  中国激光. 2013(03)
[10]基于光电振荡器原理的测距方法研究[J]. 王婧,杨学友,张涛,郭庭航,叶声华.  传感技术学报. 2012(11)



本文编号：3659491