基于摻鉺光纖激光器的光纖光柵振動傳感技術研究

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2、院：電氣與電子工程學院答辯日期：2016年3月授予學位單位：華北電力大學ClassifiedIndex:TN29U.D.C:621.39ThesisfortheMasterDegreeResearchonFiberGratingVibrationSensingTechnologybasedonErbium-dopedFiberLaserCandidate：ZhangMinSupervisor：Prof.LiYongqianSchool：SchoolofElectricalandElectronicEngineeringDateofDefence：March,2016Degree-Co

3、nferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity華北電力大學碩±學位論文華北電力大學碩±學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的碩±學位論文《基于慘巧光纖激光器的光纖光柵振動傳感技術研究》，是本人在導師指導下，在華北電力大學攻讀碩±學位期間獨立進行研究工作所取得的成果。據(jù)本人所知，論文中除己注明部分外不包含他人己發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研巧工作做出重要貢獻的個人和集體，均己在文中Ｗ明確方式注明。本聲明的法律結(jié)果將完全由本人承擔。作者簽名：曰期：興乂年＾月三曰華北電力大學碩±學位論文

4、使用授權(quán)書《基于慘巧光纖激光器的光纖光柵振動傳感技術研究》系本人在華北電力大學攻讀碩±學位期間在導師指導下完成的碩±學位論文。本論文的研究成果歸華北電力大學所有，本論文的研究內(nèi)容不得Ｗ其它單位的名義發(fā)表。本人完全了解華北電力大學關于保存、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部口或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版本，同意學校將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華北電力大學，可Ｗ采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、可Ｗ公布論文的全部或部分內(nèi)容。＂＂本學位論文屬于（請在Ｗ下相應方框內(nèi)打Ｖ）：保密□，在年解

5、密后適用本授權(quán)書＾不保密材作者簽名；日期：年＾月／＾日導師簽名：矜啼曰期：１０【［＞年＾月ＩＳ曰華北電力大學碩士學位論文摘要光纖激光器以其低閾值、高效率、可靠性強和結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點，從研究初期就受到普遍重視，后被廣泛應用于航空航天、軍事及工業(yè)的各種光通訊領域。其中，以摻鉺光纖激光器作為光纖光柵振動傳感器成為研究的主要方向，同時因其優(yōu)良的傳感性能，已被廣泛應用于溫度、應變、壓力、壓強等傳感應用中。本文首先闡述了光纖激光器的基本原理，基于激光振蕩理論，根據(jù)鉺離子的三能級結(jié)構(gòu)模型推導了摻鉺光纖激光器的速率方程。總結(jié)了幾種單縱模激光的輸出方法，重點分析了飽和吸收體法的駐

6、波干涉和模式選擇原理，并介紹了對光纖光柵傳感測量的基本原理和解調(diào)技術。然后，設計了一種環(huán)形腔摻鉺光纖激光器，通過模擬計算激光器環(huán)形腔的輸出特性，得到影響該摻鉺光纖激光器輸出功率的兩個重要參數(shù)為摻鉺光纖長度和輸出耦合器分光比。仿真確定了摻鉺光纖長度與輸出耦合比的最優(yōu)值，在該值下激光器的輸出性能最佳。接著，對摻鉺光纖激光器的輸出特性進行了仿真優(yōu)化，由仿真結(jié)果可知，該摻鉺光纖激光器在輸出性能最佳時，摻鉺光纖最佳長度L和輸出耦合器最佳分光比R分別為2.5m和90%；優(yōu)化之后的激光器最大輸出功率提高了6.26mW，斜率效率提高了3.42%，參數(shù)優(yōu)化效果顯著。考慮到為了使激光器輸出單縱模激光，可

7、在該激光器中加入一段未被泵浦的摻鉺光纖作為飽和吸收體并對該結(jié)構(gòu)進行仿真，觀察可得飽和吸收體長度和濃度的變化對激光器輸出性能影響不明顯。最后，仿真分析基于長周期光柵的邊緣濾波法，得到較寬解調(diào)范圍，當增加光纖布拉格光柵帶寬時，解調(diào)范圍和靈敏度不變。對比FBG的中心波長與輸出激光的中心波長，證明該傳感器傳感性能較好。關鍵詞：光纖激光器；摻鉺光纖；光纖光柵；耦合器分光比；振動傳感I華北電力大學碩士學位論文AbstractFiberlaserhasbeenpaidw