用于多普勒激光雷达的多模光纤Mach-Zehnder干涉仪系统设计及实现

发布时间：2021-05-16 18:16

　　多普勒测风激光雷达在全球范围风速风向探测方面已经得到了广泛应用。光纤Mach-Zehnder干涉仪作为测风激光雷达的鉴频系统,具有轻便、稳定性高的优点。但是,一般的光纤Mach-Zehnder干涉仪的单模光纤与望远镜接收系统的多模光纤耦合时能量耦合损耗很严重,造成回波信号大量衰减,影响探测高度。鉴于此提出使用多模光纤Mach-Zehnder干涉仪作为鉴频系统,提高耦合效率,实现能量及探测高度的提升。论文中首先分析了高斯光束在多模光纤中传播方式、模式分布、能量占比等一系列传输特性,讨论了不同发散角和倾角的光线耦合进入光纤后模式激发的特点。针对多模光纤Mach-Zehnder干涉仪干涉质量下降问题,本文提出利用调整入射角及扰模方式实现多模光纤准单模输出,并确定了光耦合到多模光纤实现准单模输出的入射角度以及实现准单模传输的扰模半径。之后,对设计的扰模结构进行实验,测得输出能量约为总能量的30%,较之全光纤Mach-Zehnder干涉仪系统效率提高。在对干涉仪鉴频系统研究中,首先通过全光纤Mach-Zehnder干涉仪风场探测理论以及多模光纤有效折射率的讨论,确定出干涉仪的臂长差。随后,根据模... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 多普勒激光雷达的发展
        1.2.2 多模光纤干涉仪的发展
    1.3 主要研究内容
2 基于光纤Mach-Zehnder干涉仪的测风激光雷达探测原理
    2.1 多普勒测风原理
    2.2 基于边缘检测技术的多普勒激光雷达探测原理
    2.3 本章小结
3 多模光纤Mach-Zehnder干涉仪鉴频系统关键技术研究
    3.1 光波导理论及模式能量计算
        3.1.1 高斯光束和光纤匹配分析
        3.1.2 入射光束倾角对模式激发的影响
    3.2 多模光纤输出特性
    3.3 多模光纤Mach-Zehnder干涉仪结构和准单模系统设计
        3.3.1 多模光纤Mach-Zehnder干涉仪结构设计
        3.3.2 光线入射角影响传输模式原理
        3.3.3 多模光纤弯曲损耗传输特性及扰模原理
    3.4 多模光纤Mach-Zehnder干涉仪理论
        3.4.1 多模光纤模式干涉原理分析
        3.4.2 多模光纤Mach-Zehnder干涉仪光程差分析
        3.4.3 多模光纤Mach-Zehnder干涉仪透过率函数分析
        3.4.4 鉴频系统灵敏度分析
        3.4.5 鉴频系统信噪比分析
    3.5 温度对干涉仪的影响
        3.5.1 温度变化对干涉仪重要参数的影响
        3.5.2 温度对风速误差分析
    3.6 本章小结
4 多模光纤Mach-Zehnder干涉仪实验研究
    4.1 光线入射角影响传输模式实验分析
    4.2 弯曲半径及扰模圈数对扰模效果的影响
    4.3 多模光纤Mach-Zehnder干涉仪干涉结果分析
    4.4 鉴频系统实验测量及分析
    4.5 鉴频系统透过率函数的分析
    4.6 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
在校期间参与发表的文章


【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤Mach-Zehnder干涉仪测风激光雷达技术与数值仿真[J]. 谭林秋,华灯鑫,汪丽,何廷尧,常博.  光子学报. 2015(07)
[2]米散射测风激光雷达单Fabry-Perot干涉仪鉴频系统[J]. 杨娜,杜军.  黑龙江工程学院学报. 2015(01)
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博士论文
[1]532nm瑞利多普勒激光雷达若干关键技术和大气重力波观测研究[D]. 郭文杰.中国科学院国家空间科学中心 2016
[2]新型光纤F-P干涉传感结构及特性研究[D]. 邓明.重庆大学 2009

硕士论文
[1]基于光纤Mach-Zehnder干涉仪的多普勒激光雷达系统及实验研究[D]. 晏雯秀.西安理工大学 2018
[2]基于模间干涉的马赫—泽德光纤传感器的研究[D]. 孙苗.中国计量学院 2013
[3]基于边缘技术多普勒测风激光雷达鉴频系统研究[D]. 徐新宇.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3190166