傅立叶域锁模扫频激光器技术及其在传感领域的应用研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:accessw2009
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傅立叶域锁模(Fourier Domain Mode Locking, FDML)扫频激光器的提出是源于生物医学中光学频域成像(Optical Frequency Domain Imaging, OFDI)技术对于高速扫频光源的迫切需求,但随着对FDML扫频激光器研究的深入,人们不仅仅关注于如何提升激光器本身的性能,同时也开始探索该激光器在其他领域中的应用。该激光器的一些特点使其在光纤传感领域中具有很突出的潜在应用价值,将其应用于光纤传感领域对提高光纤传感系统的性能以及解决传感信号解调难度大、价格昂贵等问题都有很大帮助,本论文中搭建傅立叶域锁模扫频激光器,对该激光器的输出特性进行较为深入的研究和分析,并且将其应用于光纤传感系统中,实现一种基于FDML扫频激光器的光纤光栅传感系统。本文首先对傅立叶域锁模扫频光纤激光器以及光纤布拉格光栅(Fiber BraggGrating, FBG)传感系统的发展现状进行调研,简单介绍FBG的基本概念及其传感测量原理,通过与传统扫频激光器的对比,论述傅立叶域锁模扫频激光器的原理,并阐述基于傅氏FDML激光器的光纤布拉格光栅传感系统的时域解调原理。其次,在进行理论分析后,搭建傅立叶域锁模扫频激光器。该激光器主要由光纤法布里-珀罗可调谐滤波器(Fiber Fabry-Perot Tuned Filter, FFP-TF),半导体光放大器(Semiconductor OpticalAmplifier, SOA),延迟光纤,隔离器及耦合器构成,实验中通过改变滤波器的驱动信号参数实现高速扫频激光以及激光脉冲的输出。接下来进一步对影响激光输出特性的各个因素进行定性分析。整个系统的输出采用分辨率为0.01nm的光谱仪和采样率为100M的示波器接收并利用LabVIEW观测记录数据。最后,研究扫频激光器在传感领域的应用,利用所搭建的扫频激光器实现一种光纤布拉格光栅传感系统。系统采用扫频激光器作为传感系统的光源,FGB作为传感原件,利用该系统进行温度和应力的传感实验,应力传感实验中实现传感系统的时域解调。本方案获得信噪比约25dB,温度传感灵敏度为7.98pm/℃,应力传感灵敏度为1.16nm/N,时域上应力传感灵敏度为11.42599μs/N。同时,就该方案中存在的不足进行分析说明,并且提出一种改进方案,改进方案中,将传感原件FBG作为选频装置加入到激光腔内构成一个频谱受限的激光器。
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