光纤光栅传感器干涉解调系统分辨率优化研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:svincent_su
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光纤光栅传感器的解调方式多种多样,干涉解调方法具有分辨率高、动态范围大、高频响应度好等特点而成为目前研究最多的解调方式之一。利用干涉法解调相位的方式最早应用于激光光源的光纤传感方面,后来演变到光栅传感领域中,干涉光源也由激光变为具有一定宽度的窄带宽谱光源。在激光光源的干涉法解调中光源强度噪声和相位噪声对解调系统分辨率的影响前人已有研究,但是光栅干涉解调系统的分辨率除去光源噪声外,还受到光栅谱宽、干涉仪臂长差和宽谱光源等其他结构参量的影响。因此,本文从干涉解调系统各参量对系统分辨率的影响关系入手,提供一种提高系统分辨率的优化方案,为今后干涉解调系统的实用化设计提供重要的理论基础。首先,介绍了基于3×3耦合器的光纤光栅干涉解调技术的原理,给出了干涉解调系统的仿真模型,讨论了限制系统动态范围的各项因素,指出了光源噪声、干涉仪臂长差和光栅谱宽是影响解调系统动态范围下限的重要因素。然后,理论分析了系统各个参量与分辨率之间的制约关系,并通过仿真找出参量选择的最优方案实现系统的高分辨率,优化方案表明通过合理地控制系统参量能够将系统分辨率从10-5 nm量级提升到10-6 nm量级,该仿真为后续优化实验具有指导意义。最后,搭建了基于3×3耦合器的光纤光栅干涉解调系统,对系统的性能进行测试,按照仿真规律进行实验验证,结果表明,实验结果与仿真结果对照良好,因此可以定量得到不同参量对解调系统本底噪声的影响关系,有利于今后解调系统的实用化。并且发现了光纤放大自发辐射光源(Amplifide Spontaneous Emission,ASE)光源自身不同波长处强度噪声存在差异,该发现为今后光栅使用时中心波长的选择具有指导意义。
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