基于光纤环腔衰荡光谱的传感技术研究

发布时间：2021-09-24 15:07

　　光纤传感凭借其良好的抗电磁干扰能力和结构简单等优点,在航空航天、石油化工等领域应用广泛。然而光纤传感技术也有一定的不足之处,例如灵敏度容易受光源波动、吸收距离等影响,因此研究新型光纤传感器具有重要意义。腔衰荡光谱技术最初用于测量高反射系数反射镜的反射率,利用光在谐振腔的往返传播,增加了吸收长度进而提高系统的灵敏度。光纤环腔衰荡光谱技术将光纤与腔衰荡光谱技术相结合,采用光纤作为光传输介质,用光纤环取代高反射镜组成谐振腔,兼具了光纤和腔衰荡光谱技术的优势,具有不受光源波动影响,灵敏度高,搭建简单等优点。对于光纤环腔衰荡系统而言,输出的衰荡峰数目直接影响着最终测量结果的精确性,为了尽可能多地增加衰荡峰数目,研究人员引入了掺铒光纤放大器来抵消一部分系统内固有损耗,普遍采用的做法是将掺铒光纤放大器接入环形腔内,但腔内放大的方式会受增益功率波动影响,存在过度增益和噪声干扰等现象。本论文尝试以外接掺铒光纤放大器的形式对系统进行一定程度的简化,并探究此种情况下光纤传感器的灵敏度等问题。本论文主要将光纤环腔衰荡光谱技术应用于液体折射率和光纤弯曲的测量。主要研究内容包括:（1）阐述了光纤环腔衰荡光谱技术原... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

EDFA放大中的弛豫衰荡现象

诓迦胙?罚?饬垦?范怨?的吸收和散射情况，精度可达100ppm；1984年，Anderson对相移法进行了改进，通过使用普克尔盒获得了光脉冲信号的方法进一步提高了测量的灵敏度[17]。同时Anderson首先将光信号强度降到初始强度的e1所用的时间定义为衰荡时间常数，以观测衰荡时间常数作为光纤环腔衰荡系统的观测量的做法对后续的研究带来了开创性的思路。1988年，O’Keefe[1]在测量镜面反射率时，在吸收光谱中发现了一系列吸收峰，后证明是O2在光源频段内的禁阻跃迁谱线，测量精确度可达1ppm，使用的装置和观察到的谱线如图1.2所示，该项技术可以用来分析分子的吸收光谱。O’Keefe将此项技术命名为CRDS腔衰荡光谱技术，标志着CRDS技术的正式出现，至此以后CRDS技术逐渐进入科研工作者的视野并有了更深入的发展。图1.2(a)O’Keefe使用的装置示意图(b)观测到的2禁阻跃迁谱线[1]

建立了光纤环腔衰荡光谱技术(FiberLoopRing-downSpectroscopy，FLRDS)[20][21]，装置的示意图如图1.3所示。所使用的系统与CRDS系统类似，但不同的是使用了光纤作为光的传播介质。为了弥补系统中损耗过大的问题，Atherton在系统中由引入了EDFA对信号进行放大，延长了系统的衰荡时间，提高了系统的灵敏度。光纤的加入提高了光信号进入传感部分的耦合效率，一定程度上摆脱了对高反射镜的依赖，避免了谐振腔必须准直的问题，降低了系统的复杂度。在此之后，随着科研工作者研究，光纤环腔衰荡光谱技术得以逐渐发展完善。图1.3(a)Atherton使用的光纤环腔衰荡系统示意图(b)吸收腔示意图[21]


本文编号：3407970