混沌激光自相关法实现光纤压力传感研究

摘要

我们使用光纤混沌激光器作为光源，提出了混沌自相关光纤环衰荡系统，并实现了压力的传感。光纤环衰荡技术是一种结构简单并且探测灵敏度很高的传感技术。光纤环衰荡技术中通常使用脉冲激光源，通过在时域上探测脉冲光信号的衰荡时间变化来获得被测物理量的信息。与脉冲光纤环衰荡相比，混沌自相关光纤环衰荡是通过探测混沌信号的自相关衰荡时间变化来获得被测物理量的信息。混沌信号的自相关函数具有极窄的半高全宽，因此可以十分容易的降低光纤环的长度提高系统的传感灵敏度。此外，与脉冲激光源相比较，混沌激光源的成本更为低廉。本文主要从理论和实验两方面做了如下四部分工作： (1)从典型的脉冲光纤环衰荡技术出发，通过大量查阅相关文献掌握了脉冲光纤环衰荡技术的优势与不足，了解了当前光纤环衰荡技术的研究现状。同时了解了混沌激光的研究进展与应用。 (2)以脉冲光纤环衰荡传感的传感原理为基础，结合了混沌信号的相关函数推导了混沌信号进行衰荡变化时的自相关变化，提出了混沌激光自相关衰荡传感的基本方案。 (3)根据混沌激光自相关衰荡传感的基本方案进行了实验研究，搭建了掺铒光纤混沌激光源，并对其输出功率进行了放大，同时自行设计并制作了适用于压力传感的微弯传感器。在实验室条件测量了系统的稳定性与压力传感器压力响应特性，并进行了两个对比实验。实验结果表明：使用相同的传感器，光纤环的长度越短系统的传感灵敏度越高；在光纤环长度一定的情况下，传感器与光纤环的接触长度越长系统的灵敏度越高。 (4)搭建了具有损耗补偿结构的混沌自相关光纤环衰荡系统，实验研究并分析了损耗补偿结构对传感系统的环内损耗、衰荡时间、传感灵敏度与系统分辨率的影响。初步实验结果表明：通过在光纤环内添加损耗补偿，有效地降低了光纤环的内部损耗在短的光纤环内获得较长的衰荡时间，从而提高了系统的分辨率。

目录

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摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 光纤环衰荡技术的研究现状及应用

1.3 混沌激光的研究现状与应用

1.4 论文的结构安排

第二章 混沌激光自相关光纤衰荡压力传感原理

2.1 光纤环衰荡传感原理

2.2 混沌激光自相关函数的衰荡传感理论

2.3 混沌激光自相关光纤环衰荡传感原理

2.4 本章小结

第三章 混沌激光自相关光纤环衰荡压力传感实验研究

3.1 混沌激光自相关光纤环衰荡压力传感系统

3.2 系统的稳定性与压力传感器的响应测量

3.3 同一传感器不同的光纤环长对灵敏度的影响

3.4 同一光纤环不同压力传感器对灵敏度的影响

3.5本章小结

第四章 损耗补偿型混沌激光自相关光纤环衰荡压力传感

4.1 损耗补偿型混沌激光自相关光纤环衰荡压力传感

4.2 损耗补偿结构对压力传感系统影响

4.3 损耗补偿结构对系统的传感灵敏度的影响

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文