基于摻鉺(Er3+)光纖混沌激光的Bragg光柵靜冰壓力傳感系統(tǒng)的研究.pdf

1、混沌激光以其寬帶性、隨機性和類delta函數的特性被廣泛應用于保密通信、傳感、測距領域。摻鉺光纖激光器因其低閾值、高功率、精密化、高兼容性，加之工作波長處于光纖通信的最低損耗窗口等特點，作為一種目標光源成為研究的熱點。因此，利用摻鉺光纖激光器研究混沌激光光源的特性，在光纖傳感、系統(tǒng)檢測、光通信、醫(yī)學等領域具有潛在的應用價值。
　　由于復雜的材料特性以及地域條件的特性，靜冰壓力的檢測及其技術成為冰力學研究的一個難題。光纖Bragg光

2、柵具有低損耗、抗干擾、抗腐蝕、分布式測量、多參數敏感以及適于危險環(huán)境等優(yōu)點，已成為智能材料系統(tǒng)、結構健康檢測研究和應用中最具開發(fā)潛力的敏感元件之一，在軍事、電力工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學和民用工程領域均具有廣泛的應用前景。本文利用混沌激光的自相關原理，以光纖Bragg光柵(FBG)為敏感元件，設計了基于摻鉺光纖混沌激光的Bragg光柵壓力傳感系統(tǒng)并從摻鉺光纖激光器混沌激光的產生、壓力檢測方法、溫度補償，靜冰壓力應用等方面進行了理論和實驗研

3、究，并獲得了靜冰壓力隨光纖Bragg光柵中心波長變化量的關系。論文的主要研究工作如下:
　　1.以摻鉺光纖激光器基本工作原理為基礎，闡述了摻鉺光纖激光器產生混沌的基本原理和腔型結構。從理論上系統(tǒng)研究了基于非線性克爾效應原理摻鉺光纖激光器混沌激光產生機理并進行了數值模擬。搭建了摻鉺光纖激光器實驗裝置，驗證了混沌激光的產生，實驗結果表明，通過調節(jié)摻鉺光纖環(huán)腔內的偏振控制器和泵浦電流可實現摻鉺光纖激光器倍周期的輸出且通過倍周期路徑進入混

4、沌狀態(tài)。實驗結果和數值模擬結論基本吻合;
　　2.依據光纖Bragg光柵的耦合模傳輸理論，詳細的介紹了光纖Bragg光柵傳感的基本原理?；诠饫wBragg光柵實現傳感的條件，研究了可調諧多波長摻鉺光纖混沌激光器的輸出特性并通過腔長來增強非線性效應改善了混沌激光的自相關特性?；诨煦缂す獾淖韵嚓P特性和光纖Bragg光柵的傳感特性，提出利用4個相同弱反射的光纖Bragg光柵作為敏感元件，通過對參考混沌信號和光柵反射混沌信號的相關峰來對

5、每個光柵進行準確定位，實現對多點壓力的定位檢測。設計了基于摻鉺光纖混沌激光器的光纖Bragg光柵傳感壓力檢測系統(tǒng)從理論上研究了該系統(tǒng)的的檢測原理并進行了數值模擬。搭建了基于摻鉺光纖混沌激光的光纖Bragg光柵壓力傳感系統(tǒng)的實驗裝置，利用該實驗裝置對多點壓力定位檢測進行了模擬檢測試驗;模擬檢測試驗結果和數值模擬計算結論相似，證明了該模擬試驗系統(tǒng)有效可行;
　　3.根據鉑熱電阻Pt100阻值-溫度呈正相關系以及其高低溫下工作穩(wěn)定的特點

6、，設計了以鉑熱電阻Pt100作為溫度敏感元件、MSP430單片機為數據處理中心的高精度溫度檢測與補償電路，實現了溫度采集與補償處理的智能化。通過實驗研究表明該系統(tǒng)溫度的測量誤差≤0.1℃。此系統(tǒng)采用低功耗設計原則，適用于低溫以及無工業(yè)供電的復雜環(huán)境中的試驗研究，為工業(yè)推廣應用奠定了基礎;
　　4.利用摻鉺(Er3+)光纖混沌激光的Bragg光柵傳感系統(tǒng)對實現靜冰壓力的實時在線檢測進行了應用研究。設計了可精確定位的靜冰壓力光纖傳感檢