全光纤测温激光雷达FBG精细调谐技术研究

摘要

转动拉曼激光雷达已成为一种完善预警预报极端天气及提高未来大气温度预报精度的新型探测手段。机载和星载应用是未来激光雷达技术空间发展的趋势。本文以星载平台全光纤测温转动拉曼激光雷达作为研究对象,对全光纤测温激光雷达的光纤布拉格光栅分光系统进行研究,实现高精度的信息提取信号和高稳定性对推动转动拉曼测温激光雷达空基的研究进程具有重要研究意义和应用价值。
　　论文从转动拉曼激光雷达探测大气温度的原理出发,以全光纤激光雷达光纤布拉格光栅分光系统作为研究基础。在详细探讨与分析光纤布拉格光栅分光系统提取转动拉曼谱线的原理基础上,通过分析现已刻写成功的可见光波段的光纤布拉格光栅性能,根据光纤布拉格光栅的调谐原理,对比多种应变调谐方法,提出了一种压电陶瓷调谐技术,实现光纤布拉格光栅中心波长反射谱与转动拉曼谱线的精细匹配。
　　针对作为调谐核心器件的压电陶瓷展开了详细的分析,提出了一套放大压电陶瓷应变的调谐系统的设计方案,通过建立控制仿真模型验证了系统的可行性。设计了同时可以调谐两路光纤布拉格光栅的压电陶瓷机械封装,通过理论分析与计算合理选取各部分结构参数,实现调谐装置的集成化和小型化;设计了一款满足压电陶瓷驱动使用要求的高压电源,为调谐光纤布拉格光栅提供了必要的先决条件。
　　理论研究和实验结果分析,验证了压电陶瓷调谐全光纤分光系统光纤布拉格光栅方案的可行性,调谐精度和稳定性上达到了预期效果。本文的研究工作可为全光纤激光雷达的实用化提供了可靠的技术保障,并为星载平台的转动拉曼测温激光雷达技术发展提供技术基础。

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1绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要光谱分光器件调谐技术简介

1.4论文主要的研究内容及工作

2全光纤分光的测温激光雷达系统

2.1 转动拉曼散射原理

2.2 基于转动拉曼激光雷达的大气温度探测原理

2.3 全光纤转动拉曼激光雷达系统

2.4 本章小结

3光纤布拉格光栅分光系统的精细调谐技术

3.1 光纤布拉格光栅反射谱线精细调制原理

3.2 中心波长精细调谐的方法

3.3 光纤布拉格光栅调谐机构分析

3.4 压电陶瓷性能分析

3.5 调谐系统控制模型构建

3.5 系统控制仿真分析

3.6 本章小结

4光纤布拉格光栅调谐机构设计与制作

4.1 压电陶瓷调谐封装装置设计

4.2 压电陶瓷驱动电源设计

4.3 压电驱动电源的性能测试

4.4 本章小结

5全光纤激光雷达光纤布拉格光栅调谐实验验证

5.1 压电陶瓷调谐实验验证及结果分析

5.2 光纤布拉格光栅温度干扰实验验证及结果分析

5.3 调谐系统改进措施

5.4 本章小结

致谢

参考文献