【摘 要】
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随着光电子器件的逐步成熟和工程需求的持续推动,新一代的以分布反馈式光纤激光器(Distributed feedback-fiber laser,DFB-FL)作为传感元件的光纤传感器应运而生,近年来,因其具有抗电磁干扰、体积小、线宽窄、功率高、灵敏度高等特性成为了光纤传感领域的重要研究方向。采用DFB-FL进行声传感,可以实现较宽频带范围内空气声信号的探测,具有传输距离远、灵敏度高、隐蔽性好、环境
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随着光电子器件的逐步成熟和工程需求的持续推动,新一代的以分布反馈式光纤激光器（Distributed feedback-fiber laser,DFB-FL）作为传感元件的光纤传感器应运而生,近年来,因其具有抗电磁干扰、体积小、线宽窄、功率高、灵敏度高等特性成为了光纤传感领域的重要研究方向。采用DFB-FL进行声传感,可以实现较宽频带范围内空气声信号的探测,具有传输距离远、灵敏度高、隐蔽性好、环境适应能力强等优点,在边境安防、油管泄露检测、公安系统窃听、医疗通信、海洋探测等领域具有巨大的发展潜力。本文通过调研国内外研究现状,针对DFB-FL空气声传感器解调系统的动态解调技术开展了理论分析和实验测试:1、总结归纳了DFB-FL声波传感技术的研究背景,以及波长解调技术的发展历程,并对现有解调技术存在的问题进行了总结。2、介绍了DFB-FL的工作原理、传感特性、制作方法和基本性能指标,并对DFB-FL样品的基本性能进行了测试,测试结果表明,DFB-FL样品的线宽为6.79k Hz;输出功率随泵浦光功率变化呈线性趋势,斜率效率约为0.31‰;相对强度噪声为-102 d B/Hz@1MHz,弛豫振荡峰的相对强度噪声为-81.94 d B/Hz@221.54k Hz;相位噪声为1×10-14 rad2/Hz@1 k Hz。3、总结了常用的DFB-FL波长解调技术,通过对比分析选择了基于非平衡Michelson干涉仪的的相位生成载波（Phase generated carrier,PGC）解调技术来实现波长解调。4、研究了PGC解调算法的改进技术,在DFB-FL波长解调系统中引入了一种基于PGC-AD-DSM（Asymmetric division and a differential-self-multiplication phase generated carrier）算法的改进的PGC解调算法,通过仿真以及实验分析,验证了该解调算法可以抑制光强干扰对解调结果的影响,并可以在相位调制深度处于0.2 rad～3.8 rad范围内获得稳定的解调结果。5、搭建了DFB-FL空气声传感器解调系统,设计了一种基于聚醚醚酮（Polyetheretherketone,PEEK）材料和聚酰亚胺（Polyimide,PI）声敏膜片的非金属DFB-FL空气声传感器封装结构,利用该系统对裸光纤形式的传感器和封装后的传感器进行了声压灵敏度和频率响应测试,通过实验对比分析,证明了该封装结构可以提高解调系统的声压灵敏度并且降低频率响应曲线的波动性,其最小可探测声压约为66.7μPa/√Hz@1 k Hz,实现了较宽频带（200 Hz～18 k Hz）范围内空气声信号的稳定解调,获得了约为-40.39 d B re.pm/Pa的声压灵敏度,波动范围约为±3.15 d B。6、实验证明了DFB-FL空气声传感器解调系统存在的非平衡Michelson干涉仪交叉敏感问题,并介绍了一种结合参考补偿法和DFB-FL隔声隔振封装技术的抗环境干扰技术,在此基础上进行了实验分析,在较宽频带（200 Hz～18 k Hz）内声压灵敏度约为-40.64 d B re.pm/Pa,起伏±2.99 d B左右,验证了该技术有助于解决光纤干涉仪的交叉敏感问题。
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