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光纤传感测量技术具有价格低、质量轻、使用周期长等优点,但其受光源功率波动且精度不高的劣势限制了它的应用。而腔衰荡光谱技术是一种在时域进行检测的光谱测量技术,恰能弥补光纤传感测量时波形不稳定的难题。特别是将腔衰荡和光纤传感技术相结合的光纤环形腔衰荡光谱技术,形成了光纤传感的一种新方法,目前在微量检测、温度、浓度和磁场等传感领域已有报道。本文介绍了腔衰荡光谱(Cavity Ring-down Spectroscopy,CRDS)和光纤环形腔衰荡光谱(Fiber Loop Ring-down Spectroscopy,FLRDS)技术的发展历史、研究进展及分类。讨论了不同技术存在的优缺点。介绍了Beer-Lambert定律和FLRDS系统的工作原理,讨论了FLRDS技术的优势,研究了影响其灵敏度因素。介绍了FLRDS系统的主要仪器,重点讨论了掺铒光纤放大器的放大原理及增益和噪声特性。在理论分析的基础上,设计了一种腔内增益可调的光纤环形腔测量系统,利用实验方法确定了系统的最优参数。该测量系统不仅解决了偏振测量难的问题,而且能够有效提高传感的灵敏度和系统的稳定性,为旋光溶液的测量提供了一种可行的方案。论文还设计并实现了基于光纤腔衰荡的错位干涉结构,通过实验研究了结构的最优参数。基于错位干涉结构搭建了马泽干涉传感系统,并对溶液浓度和温度进行了传感实验,分析了浓度和温度传感的特性。论文的创新点:(1)采用一段长度为2 m的低增益、低噪声掺铒光纤制作掺铒光纤放大器以补偿腔内的损耗,其优势在于腔内增益可调,故不必选用通讯波段常用铒纤作为EDFA。对腔内、腔外信号放大和无放大三种情况下脉冲曲线的研究表明,腔内信号放大的脉冲强度是腔外放大的2倍,是无信号放大的4倍,而且脉冲峰数更多,方便进行数据的采集,有利于提高测量精度和效率。(2)设计并制作了三套不同错位量(D)和不同干涉长度(L)的干涉结构,实验研究表明干涉波形的变化依赖于D和L的值,D和L的最优参数为3.75μm和4 cm。(3)该系统检测的是信号的衰减时间而非光强,故光源的稳定性对信号检测影响较小。当偏振角θ以9°为间隔从0°到90°变化时,衰减时间τ逐渐减小,检测灵敏度最大能够达到4.05μs/°。在溶液浓度和温度传感实验中,实现了0.0014 g/mL的浓度检测极限和1.83μs/℃的温度灵敏度。