光纤低相干干涉测量技术及其应用研究

摘要

光纤低相干干涉测量技术(LCI：LOW—coherence interferometry)最初面对光纤通信系统，用于测量光纤的背向瑞利散射，从而测定光纤的损耗等特性。近年来对该技术的研究已逐渐向其他领域转移。深入研究并改进光纤低相干干涉技术与系统的各关键技术环节，对于其推广应用具有重要意义。 啁啾光纤光栅(CFBG：Chirped Fiber Bragg Grating)是一种无源光纤器件，其纤芯折射率具有周期性分布，且折射率周期具有一定的啁啾特性，从而能够反射一定光谱范围的入射光，并引入与反射位置相关的色散量，在光通信系统的色散补偿及传感技术等领域具有广阔的应用前景。 论文围绕CFBG色散特性的测量，研究光纤LCI技术的方法与理论，特别研究色散介质测量的LCI干涉图形状与展宽；研究光纤LCI系统的噪声特性与抑制技术；设计并建立CFBG色散特性测量的光纤LCI系统，完成测量实验与数据处理，并给出测量结果。研究工作的特色与创新体现在： 1、基于部分相干理论与傅里叶光谱学理论，对啁啾光纤光栅色散测量的光纤低相干干涉方法进行深入的理论研究，建立模型对啁啾光纤光栅色散测量的光纤低相干干涉图进行仿真研究，揭示啁啾光纤色散测量的低相干干涉图展宽的内在原因： 2、对啁啾光纤光栅色散测量的光纤低相干干涉系统的噪声进行理论研究，指出两个干涉臂的光谱特性严重失配的情况下，拍频噪声是系统噪声的主要成份，并提出采用可调谐光纤滤波器来进行干涉臂光谱匹配，有效抑制拍频噪声的方法； 3、建立了啁啾光纤光栅色散特性测量的光纤低相干干涉系统，与依赖于可调谐单色光源的调制相移法和脉冲时延法相比，该系统具有频域分辨率高、测量速度快、精度高、造价低等优点。啁啾光纤光栅群时延测量的重复性精度达5ps，相对精度优于5％。并对系统的测量误差进行分析。 论文最后对研究工作进行总结，给出了进一步研究的方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1光纤低相干干涉技术

1.1.1光纤低相干干涉系统基本构成

1.1.2光纤低相干干涉技术的优点

1.1.3光纤低相干干涉技术的发展动态

1.1.4光纤低相干干涉技术的主要应用

1.2光纤光栅色散特性及其测量技术

1.2.1光纤光栅的色散特性

1.2.2光纤光栅色散测量技术的发展动态

1.3课题来源、研究意义、难点以及论文的主要内容

1.3.1课题来源

1.3.2研究意义

1.3.3研究的重点与难点

1.3.4论文的基本内容

参考文献

第二章CFBG色散测量的光纤LCI原理与系统

2.1光纤光栅理论及特性

2.1.1光纤光栅的发展

2.1.2光纤光棚的分类及应用

2.2光纤Bragg光栅的耦合模理论

2.3均匀光纤Bragg光栅的特性

2.4啁啾光纤光栅的特性

2.5啁啾光纤光栅色散测量的光纤低相干干涉术原理

2.5.1经典干涉理论

2.5.2基于傅里叶光谱学的CFBG色散测量的光纤LCI理论分析

2.5.3 CFBG色散的数值计算

2.6 CFBG色散测量的光纤LCI系统

2.6.1测量系统基本构成

2.6.2测量系统的关键环节设计

2.7小结

参考文献

第三章CFBG色散特性测量的LCI干涉图

3.1非色散介质的LCI干涉图

3.2 CFBG的与反射位置相关的色散机理

3.3 CFBG色散特性测量的干涉图

3.4啁啾光纤光栅干涉图仿真分析

3.5小结

参考文献

第四章光纤LCI测量系统的噪声

4.1测量系统主要噪声分析

4.1.1接收器噪声

4.1.2强度噪声与拍频噪声

4.2测量系统的噪声抑制

4.3小结

参考文献

第五章CFBG色散测量实验与数据处理

5.1干涉图扫描速度与采样频率

5.2干涉图计算处理

5.2.1滤波去噪

5.2.2离散傅里叶变换

5.2.3位相提取展开与数值微分计算群时延

5.3系统调试与测量

5.3.1系统光路调试

5.3.2测量步骤

5.3.3背景色散测量

5.3.4光纤光栅色散测量

5.3.5实验结果

5.4测量误差分析

5.5小结

参考文献

第六章总结与展望

6.1主要研究工作

6.2创新点

6.3今后工作的展望

致谢

个人简历

论文工作期间发表的学术论文