光纖法布里—珀羅傳感器腔長解調(diào)新方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、用于位移、溫度、壓力、應力、應變、電壓、電場、磁場、振動和折射率等物理量測量的光纖法布里-珀羅傳感器絕大部分通過對法布里-珀羅腔腔長的解調(diào)實現(xiàn)。為實現(xiàn)光纖法布里-珀羅傳感器的腔長解調(diào)，各種解調(diào)方案相繼被提出，常見的解調(diào)方法有強度法、條紋計數(shù)法、傅里葉變換法和腔長匹配法等。每一種腔長解調(diào)方法均有自己的優(yōu)缺點。例如，傅里葉變換法受量化誤差和環(huán)境影響小，解調(diào)精度高，但目前用于光纖法布里-珀羅傳感器腔長解調(diào)的傅里葉變換解調(diào)法基于法布里-珀羅多光

2、束干涉滿足雙光束干涉近似的假設，限制了基于傅里葉變換的光纖法布里-珀羅傳感器腔長解調(diào)原理的應用范圍，使得該方法局限于低細度法布里-珀羅腔的腔長解調(diào)。腔長匹配法實現(xiàn)成本低，解調(diào)精度高，但該方法沒能從理論上得到論證。針對光纖法布里-珀羅傳感器腔長解調(diào)中存在的上述問題，本文進行了光纖法布里-珀羅傳感器腔長解調(diào)新方法與系統(tǒng)的研究工作。
　　 本文主要的研究工作和成果包括：
　　 1、在兼顧實際工程應用中寬帶光源為近似高斯分布光源

3、的基礎上建立了一種改進的基于傅里葉變換的光纖法布里-珀羅傳感器腔長解調(diào)原理，利用改進原理可以避免法布里-珀羅多光束干涉滿足雙光束干涉近似的假設。在此基礎上利用三次樣條插值、頻域濾波和頻域高斯插值等數(shù)據(jù)處理技術優(yōu)化了解調(diào)算法。實現(xiàn)了采用本文建立的基于傅里葉變換的光纖法布里-珀羅傳感器腔長解調(diào)原理與算法的光纖法布里-珀羅傳感器腔長解調(diào)實驗系統(tǒng)并進行了實驗測試。實驗結果證實了省略假定條件時傅里葉變換解調(diào)法原理和算法的正確性，而且理論解調(diào)腔長分

4、辨力為0.4nm，實測解調(diào)腔長分辨力為5.12nm，實測解調(diào)腔長范圍優(yōu)于20-600μm。
　　 2、為避免采用已有的傅里葉變換解調(diào)法原理時的插值運算，提高解調(diào)精度，本文提出了基于角頻率域采樣的解調(diào)算法，實現(xiàn)了基于該算法的光纖法布里-珀羅傳感器腔長解調(diào)實驗系統(tǒng)并進行了實驗測試。實驗結果證實了角頻率域采樣解調(diào)算法的正確性，而且理論解調(diào)腔長分辨力為28pm，實測解調(diào)腔長分辨力為4.96nm，解調(diào)腔長范圍優(yōu)于20-600μm。采用本文

5、提出的改進解調(diào)算法的理論腔長分辨力是基于光頻域FFT算法的14倍以上。
　　 3、借鑒腔長匹配解調(diào)法，本文提出并實現(xiàn)了一種用于光纖法布里-珀羅傳感器絕對腔長解調(diào)的相關原理解調(diào)法。在兼顧實際工程應用中寬帶光源為近似高斯分布光源的基礎上，以法布里-珀羅多光束干涉公式為基礎闡述了相關原理解調(diào)法的解調(diào)原理和算法。文章實現(xiàn)了采用本文建立的基于相關原理解調(diào)的光纖法布里-珀羅傳感器絕對腔長解調(diào)實驗系統(tǒng)并進行了實驗測試。實驗結果證實了解調(diào)原理和

6、算法的正確性，理論解調(diào)腔長分辨力優(yōu)于20pm，實測解調(diào)腔長分辨力4.94nm，實測解調(diào)腔長范圍優(yōu)于15-600μm。利用本文提出并實現(xiàn)的相關原理解調(diào)法，理論腔長分辨力比傅里葉變換解調(diào)法提高20倍以上。該研究工作為干涉型光纖法布里-珀羅傳感系統(tǒng)的腔長解調(diào)開辟了新的求解方法。
　　 4、根據(jù)直接電流調(diào)制原理設計并開發(fā)了一種半導體激光器光頻調(diào)制驅(qū)動電源，建立了測試調(diào)制特性和驗證光頻調(diào)制的實驗系統(tǒng)對半導體激光器光頻調(diào)制驅(qū)動電源進行實驗驗