论文部分内容阅读
基于受激布里渊散射的布里渊动态光纤光栅（Brillouin Dynamic Grating，BDG）技术是光纤通信及传感领域新兴的研究热点之一，相比于传统的光纤光栅，具有位置可调、光谱可调、快速重构等优势，在光纤分布式传感、可调谐光滤波器、光开关、光纤延迟线、光存储介质等方面有重要的应用价值。对其基本特性进行系统的理论及实验研究将对后续应用开发具有重要的指导意义。本论文在教研室已搭建的BOTDA系统基础上，通过实验对相关器件参数进行选取和优化，搭建了时域BDG系统，在此基础上开展BDG基本特性研究。论文的主要研究内容和创新点如下：(1)详细介绍光纤中布里渊散射的机理，系统阐述了BDG的基本原理和作用机制，推导了BDG满足的相位匹配条件，讨论了动态光栅的光谱特性，并介绍其分布式传感原理。(2)通过实验研究对光源、保偏光纤、偏振分束器和脉冲调制参数等系统关键器件和参数进行了选取和优化，在此基础上自主搭建了时域BDG系统，成功探测到了BDG信号。(3)通过实验研究了BDG的光谱特性，得到BDG中心频率、谱宽、反射率等参数与泵浦光和探测光的功率、脉宽、时延等的关系：BDG光谱近似符合Gauss线型，3dB带宽为12.7MHz，随泵浦1和探测光的脉宽增加而减小；BDG中心频率随泵浦1升高而升高，显示出较好的线性关系，可通过同时调节泵浦光和探测光频率来获得更大的扫频范围；BDG反射率比光纤中后向瑞利散射高10.21dB，且随泵浦1功率增加呈指数增长；由于BDG建立需要一定时间，且其存在时间受声子寿命影响，随着泵浦1和探测光的时延增加，反射率先增大后减小，当两束光时延大于声子寿命时，BDG反射信号消失，对该实验进行优化可用于测量SBS效应中声场建立时间及声子寿命。(4)开展BDG应用研究，将其应用于光纤双折射分布式测量及分布式温度传感。对所用保偏光纤的双折射进行了分布式测量，得到其波动范围为±0.2%。标定了布里渊动态光纤光栅中心频率的频移温度系数，得到C Tf＝－60.1MHz/C，温度测量范围可达200C。