基于光纖環(huán)形腔衰蕩的強度調制傳感技術研究.pdf

1、近幾十年來,光纖腔衰蕩光譜技術逐漸的發(fā)展起來,它是具有高靈敏度特性的一種吸收光譜技術。它很好地將光纖傳感技術與腔衰蕩光譜(Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS)技術綜合起來。因此,它不僅有光纖傳感器和腔衰蕩光譜的優(yōu)點,同時還具有它自身獨特的優(yōu)勢。該項技術在很多應用范圍均具有良好的前景。如今,它在化學領域、物理領域以及環(huán)境領域中都有很廣泛的應用。
　　本文提出了一種基于光纖環(huán)形腔衰蕩光譜的傳感系統(tǒng)結

2、構。首先,本文描述了光纖腔衰蕩光譜傳感系統(tǒng)的傳感機理,介紹了強度調制型光纖傳感以及光纖微彎強度調制的工作原理,并討論了光纖腔衰蕩光譜傳感技術相對于其他傳感技術所具備的優(yōu)越性。在理論分析的基礎之上,本文設計了一種波長為1550nm的光纖環(huán)形腔衰蕩光譜(Fiber-Loop Ring-Down Spectrocopy, FLRDS)傳感系統(tǒng)研究方案。采用可調激光器和信號發(fā)生器加載到電光強度調制器的方法發(fā)出脈寬為1μs的光脈沖,經(jīng)過波長為15

3、50nm的光纖所構成的環(huán)形腔后由APD探測器探測,該探測器可探測信號的靈敏度為-50dBm。實驗結果表明本論文所設計的環(huán)形腔的衰蕩時間大約為128μs。而后本文利用光纖的微彎損耗原理制作了一種簡易的位移傳感單元,并且將其加入到所設計的光纖環(huán)形腔衰蕩系統(tǒng)中,經(jīng)過一系列的實驗與數(shù)據(jù)采集,證明了該系統(tǒng)具有良好的實踐性和可行性。將一個光纖環(huán)形腔增加至兩個環(huán)形腔,設計了一種基于時分復用的雙通道的光纖環(huán)形腔衰蕩傳感系統(tǒng)。并且針對該復用傳感系統(tǒng)提出了

4、兩種設計方案,然后對這兩個方案均進行了Matlab仿真。實驗結果表明,這兩種方案中的衰蕩曲線可以都可以很清晰的在仿真圖中區(qū)分顯示出來,這同時說明了這兩種方案均能夠很完美地實現(xiàn)對兩個不同被測物理量實時測量。但是它們也有一些不同,有各自的優(yōu)勢與缺陷,因此將其應用到實踐中去時要根據(jù)實際情況選擇方案。雙通道復用系統(tǒng)的成功仿真引申出了一種多通道光纖環(huán)形腔衰蕩傳感系統(tǒng)的想法,該系統(tǒng)可以同時測量多個不同的物理量。在本論文中,只是詳細的研討了其在設計時