基于多波長摻鉺光纖激光器的光纖布拉格光柵傳感器系統(tǒng)的研究.pdf

1、光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)傳感器較傳統(tǒng)傳感器具備諸多優(yōu)點,因而在環(huán)境惡劣、干擾強的工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在以往的研究當(dāng)中,對光纖布拉格光柵傳感器系統(tǒng)的研究方案多采用寬譜光源或可調(diào)激光器作為傳感光源。然而此種方案信噪比完全由FBG決定,尤其是在利用寬譜光源時,可探測功率不高,因而造成高功耗。且由于光源的功率波動和較寬的3 dB譜寬,解調(diào)精度受到限制。有少數(shù)研究提出采用光纖激光器進行傳感,雖然一定

2、程度上解決了上述問題,但研究多數(shù)僅局限于單個光柵傳感,難以體現(xiàn)FBG傳感器的準(zhǔn)分布式特點。
　　本文根據(jù)目前光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,提出了一種新型的基于多波長摻鉺光纖激光器的光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。首先,本文描述了光纖布拉格光柵的傳感機理,概括和總結(jié)了多波長光纖激光器的工作原理以及抑制模式競爭的方法,并討論了光纖布拉格光柵在多波長光纖激光器腔內(nèi)傳感所具備的優(yōu)勢。
　　其次,在理論分析的基礎(chǔ)之上，本文提出了一種基

3、于雙波長環(huán)形腔結(jié)構(gòu)摻鉺光纖激光器的光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)研究方案。采用光纖激光器作為傳感系統(tǒng)主體,在引入兩個布拉格光柵作為激光器腔鏡進行光反饋的同時還將其用作傳感元件,其中一個光柵用于應(yīng)力傳感,另一個用于溫度補償。激光器采用了移頻反饋的方法,通過引入聲光移頻器來抑制模式競爭,得到雙波長的輸出。傳感系統(tǒng)采用分辨率為0.01 nm的光譜儀對傳感信號進行解調(diào)。實驗得到了較穩(wěn)定的雙波長輸出,半小時內(nèi)波長漂移僅0.002 nm,信噪比可達35 d

4、B,且3 dB帶寬僅為0.1 nm,為提高傳感精度提供了有利條件。實驗最終測得溫度傳感精度可達0.68℃,應(yīng)變傳感精度為6.294με,且獲得了良好的線性靈敏度。
　　最后,為了進一步提高信噪比和解調(diào)精度,本文又對激光器結(jié)構(gòu)進行了改進,將環(huán)形腔改為線形腔,并且改用以引入非線性光纖環(huán)鏡來控制腔內(nèi)損耗的方法來抑制模式競爭,從而得到多波長的輸出。激光器輸出信噪比為40 dB,且一小時內(nèi)波長漂移僅為0.001 nm。實驗首先對單個光柵進行

5、了傳感,得到溫度傳感精度為0.357℃,應(yīng)變傳感精度為5.481με。然后又將傳感光柵數(shù)目增至四個,研究了光柵陣列傳感,同樣得到了0.733℃的溫度傳感精度,6.568με的應(yīng)力傳感精度和較好的線性度,且實驗過程中各個光柵之間互不串?dāng)_,獨立工作。
　　研究表明,所設(shè)計的基于多波長光纖激光器的光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)方案切實可行,能夠有效地提高信噪比,降低功耗,并且提高傳感精度。本方案易于實現(xiàn)多個FBG的陣列傳感,很好地體現(xiàn)了FBG傳