光纤光栅法布里-珀罗传感系统光学增敏技术研究

摘要

光纤光栅法布里-珀罗（FBG-FP）传感系统因其结构简单、可靠性高等优点在光纤传感领域占有越来越重要的地位。光纤加速度计、光纤矢量水听器等光纤传感器由于尺寸和机械谐振的制约，不能从机械结构上实现小尺寸的高灵敏度传感。论文基于匹配干涉的光纤光栅法布里-珀罗腔传感系统，采用多次反射光脉冲提高传感光程的光学手段，实现了FBG-FP传感系统性能大幅度提升。论文主要创新点和成果如下：
　　1.分析了FBG-FP光学增敏传感系统各个参数的优化设计方案，理论和实验研究了1～9阶匹配干涉的传感性能，验证了该系统具有提高FBG-FP传感系统灵敏度和分辨率水平的能力。
　　2.提出了二次声光斩波、放大、滤波处理新技术，该技术解决了高倍增敏传感时存在的光功率衰落和不均衡问题，成功突破了常规FBG-FP光学增敏传感系统的增敏极限，将20倍增敏的本底噪声降低约11dB。
　　3.提出了有源FBG-FP增敏传感新技术，该技术不仅能够解决高倍增敏时存在的光功率衰落和不均衡问题，而且具有更高的系统集成度和更低的成本。理论分析了有源FBG-FP的噪声性能和高阶脉冲均衡输出能力。将有源FBG-FP技术用于高倍增敏传感，实现了30倍增敏传感。
　　4.从理论上研究了单路FBG-FP增敏传感系统和时分复用FBG-FP增敏传感系统的串扰问题。分别对串扰来源、大小、频谱进行研究，得出抑制串扰的系统设计方法。通过仿真计算、两基元系统和三基元系统对串扰理论进行验证，实现了串扰小于－40dB的时分复用FBG-FP增敏应变传感。
　　5.研制了FBG-FP增敏传感的光纤加速度计和光纤矢量水听器。增敏后的光纤加速度计灵敏度提高了18超过25dB，分辨率水平改善超过15dB。增敏后的光纤矢量水听器灵敏度提高了4倍且具有优良的指向性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容

第二章 FBG-FP多次反射增敏传感系统

2.1 FBG-FP多次反射增敏传感系统的原理

2.2 光路参数优化设计

2.3 基于FBG-FP匹配干涉的增敏传感系统光电参数设计

2.4 理论增敏极限

2.5 应变传感增敏

2.6 本章小结

第三章 基于FBG-FP高倍增敏的光纤加速度计

3.1 顺变柱体光纤加速度计设计

3.2 FBG-FP高倍增敏光纤加速度计

3.3 脉冲斩波FBG-FP高倍增敏技术

3.4 本章小结

第四章 有源FBG-FP高倍增敏传感系统

4.1 有源FBG-FP脉冲光放大原理及噪声性能

4.2 有源FBG-FP脉冲光传输过程

4.3 有源FBG-FP脉冲光放大

4.4 有源FBG-FP高倍增敏传感

4.5 本章小结

第五章 时分复用FBG-FP增敏传感

5.1 高倍增敏FBG-FP时分复用系统

5.2 高倍增敏FBG-FP系统串扰产生机理及影响

5.3 抑制串扰的时分复用系统设计

5.4 时分复用FBG-FP光学增敏的传感系统串扰测试

5.5 时分复用FBG-FP光学增敏的矢量水听器

5.6 本章小结

第六章 论文总结和展望

6.1 论文主要工作和结论

6.2 论文存在问题和展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附 录 1

附 录 2