基于布里淵散射的多波長(zhǎng)光纖激光器及分布式光纖傳感研究.pdf

1、隨著信息容量需求的日益增長(zhǎng),高速大容量長(zhǎng)距離將成為下一代全光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。為了有效的利用光纖中有限的頻率資源,頻率間隔20 GHz,甚至10 GHz將是未來(lái)密集波分復(fù)用技術(shù)發(fā)展方向之一。多波長(zhǎng)的布里淵摻鉺光纖激光器(MBEFL)具有窄線寬、寬調(diào)諧性、低閾值、低強(qiáng)度噪聲、低成本,頻率間隔固定,在室溫下穩(wěn)定的單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn),將可能成為未來(lái)最佳的通信光源之一。另外,布里淵光纖激光器(BFL)在光纖傳感網(wǎng)絡(luò)、頻譜分析、RF等領(lǐng)域存在潛在

2、的應(yīng)用價(jià)值。分布式布里淵光纖溫度與應(yīng)變傳感器具有分布式光纖傳感器優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),還具有其它光纖傳感無(wú)法媲美的顯著特點(diǎn),能同時(shí)測(cè)量溫度與應(yīng)變,可以應(yīng)用于電力,石油化工、核電站、公路、橋梁、隧道、大壩、鐵路、航天航空等各行業(yè),受到國(guó)外內(nèi)廣泛關(guān)注。然而分布式布里淵光纖傳感存在系統(tǒng)復(fù)雜,技術(shù)不成熟,成本高,測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題而難以廣泛應(yīng)用。
　　本論文在佛山市禪城區(qū)工業(yè)公關(guān)計(jì)劃,國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家863計(jì)劃支持下,圍繞多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器

3、(MBFL)和分布式布里淵光纖傳感兩個(gè)方向進(jìn)行初步的理論和實(shí)驗(yàn)研究,概括全文的研究成果和貢獻(xiàn),有如下幾個(gè)方面:
　　(1)根據(jù)布里淵耦合強(qiáng)度方程,推導(dǎo)出求解布里淵強(qiáng)度耦合方程一種快速有效近似解析方法,并數(shù)值解進(jìn)行比較。分析了在四種情況下,光纖中的受激布里淵散射(SBS)閾值大小,用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光纖中的布里淵閾值與理論的一致性。研究了脈沖形式的布里淵泵浦光在光纖中的Stokes與泵浦光強(qiáng)演變,對(duì)光纖中的溫度或應(yīng)變引起的頻率失諧對(duì)泵浦光

4、與探測(cè)光光強(qiáng)的影響進(jìn)行仿真研究,檢測(cè)出失諧處的位置與失諧量。
　　(2)基于135 m的高非線性光纖(HNLF),利用光纖無(wú)源環(huán)形腔擴(kuò)大激光器的自由頻譜范圍,和3 m的非泵浦的摻鉺光纖(EDF)產(chǎn)生自跟蹤的窄帶濾波和穩(wěn)頻特性,實(shí)驗(yàn)得到單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)的布里淵光纖激光器,其功率波動(dòng)不超過(guò)0.2 dBm,該激光器可應(yīng)用在分布式布里淵光纖傳感系統(tǒng)做本征光。
　　(3)基于薩格納克(Sagnac)環(huán)結(jié)構(gòu),通過(guò)9.4 km的SMF實(shí)現(xiàn)雙向的

5、SBS,實(shí)驗(yàn)得到26個(gè)波長(zhǎng)間隔為10 GHz的多波長(zhǎng)布里淵摻鉺光纖激光器,研究了摻鉺光纖放大器(EDFA)的泵浦電流、布里淵泵浦功率對(duì)布里淵光纖激光器的波長(zhǎng)數(shù)量和調(diào)諧性的影響,該激光器最大的調(diào)諧范圍超過(guò)50 nm。
　　(4)在9.4 km布里淵光纖激光器中,利用SBS產(chǎn)生斯托克斯光(Stokes),在20 mW的泵浦功率下產(chǎn)生10.658 GHz和21.316 GHz的穩(wěn)定的微波信號(hào),最大的頻率波動(dòng)分別為0.9 MHz和2 MH

6、z。
　　(5)通過(guò)理論分析了簡(jiǎn)并與非簡(jiǎn)并四波混頻(FWM)的相位匹配條件,利用了布里淵激光器線寬壓窄效應(yīng)和FWM透明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換特性,研究了多級(jí)四波混頻(MFWM)支持的多波長(zhǎng)的布里淵光纖激光器。在2.5 km的環(huán)形腔和160 mW泵浦光功率下,實(shí)驗(yàn)得到19個(gè)波長(zhǎng)間隔為21 GHz的多波長(zhǎng)光纖激光器;通過(guò)135 m的高非線性光纖,使用泵浦預(yù)放大技術(shù),基于級(jí)聯(lián)的SBS和MFWM效應(yīng),得到20 nm的梳狀光譜,其最大的波長(zhǎng)數(shù)量超過(guò)15

7、0個(gè)。使用9.4 km的SMF代替HNLF,實(shí)驗(yàn)取得25個(gè)通道的多波長(zhǎng)布里淵摻鉺光纖激光器,該激光器具有極低的閾值功率和50 nm調(diào)諧范圍,多波長(zhǎng)的功率平坦性良好。
　　(6)基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件和布里淵光時(shí)域反射計(jì)(BOTDR)的研究現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)了一種基于雙脈沖BOTDR分布式傳感系統(tǒng)。系統(tǒng)使用布里淵光纖激光器作本征光與傳感信號(hào)光外差,把高頻信號(hào)降低為200 MHz～1.5 GHz的低頻信號(hào),降低了對(duì)光電器件的帶寬要求,大大降低了傳