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(jī)性和類(lèi)delta函數(shù)的特性被廣泛應(yīng)用于保密通信、傳感、測(cè)距領(lǐng)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(zhǎng)處于光纖通信的最低損耗窗口等特點(diǎn)，作為一種目標(biāo)光源成為研究的熱點(diǎn)。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(cè)、光通信、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　由于復(fù)雜的材料特性以及地域條件的特性，靜冰壓力的檢測(cè)及其技術(shù)成為冰力學(xué)研究的一個(gè)難題。光纖Bragg光

2、柵具有低損耗、抗干擾、抗腐蝕、分布式測(cè)量、多參數(shù)敏感以及適于危險(xiǎn)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，已成為智能材料系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)研究和應(yīng)用中最具開(kāi)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(cè)、生物醫(yī)學(xué)和民用工程領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。本文利用混沌激光的自相關(guān)原理，以光纖Bragg光柵(FBG)為敏感元件，設(shè)計(jì)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(chǎn)生、壓力檢測(cè)方法、溫度補(bǔ)償，靜冰壓力應(yīng)用等方面進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研

3、究，并獲得了靜冰壓力隨光纖Bragg光柵中心波長(zhǎng)變化量的關(guān)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(chǔ)，闡述了摻鉺光纖激光器產(chǎn)生混沌的基本原理和腔型結(jié)構(gòu)。從理論上系統(tǒng)研究了基于非線(xiàn)性克爾效應(yīng)原理?yè)姐s光纖激光器混沌激光產(chǎn)生機(jī)理并進(jìn)行了數(shù)值模擬。搭建了摻鉺光纖激光器實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證了混沌激光的產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)節(jié)摻鉺光纖環(huán)腔內(nèi)的偏振控制器和泵浦電流可實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖激光器倍周期的輸出且通過(guò)倍周期路徑進(jìn)入混

4、沌狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)論基本吻合;
　　2.依據(jù)光纖Bragg光柵的耦合模傳輸理論，詳細(xì)的介紹了光纖Bragg光柵傳感的基本原理?；诠饫wBragg光柵實(shí)現(xiàn)傳感的條件，研究了可調(diào)諧多波長(zhǎng)摻鉺光纖混沌激光器的輸出特性并通過(guò)腔長(zhǎng)來(lái)增強(qiáng)非線(xiàn)性效應(yīng)改善了混沌激光的自相關(guān)特性?；诨煦缂す獾淖韵嚓P(guān)特性和光纖Bragg光柵的傳感特性，提出利用4個(gè)相同弱反射的光纖Bragg光柵作為敏感元件，通過(guò)對(duì)參考混沌信號(hào)和光柵反射混沌信號(hào)的相關(guān)峰來(lái)對(duì)

5、每個(gè)光柵進(jìn)行準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)壓力的定位檢測(cè)。設(shè)計(jì)了基于摻鉺光纖混沌激光器的光纖Bragg光柵傳感壓力檢測(cè)系統(tǒng)從理論上研究了該系統(tǒng)的的檢測(cè)原理并進(jìn)行了數(shù)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(shí)驗(yàn)裝置，利用該實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)多點(diǎn)壓力定位檢測(cè)進(jìn)行了模擬檢測(cè)試驗(yàn);模擬檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)論相似，證明了該模擬試驗(yàn)系統(tǒng)有效可行;
　　3.根據(jù)鉑熱電阻Pt100阻值-溫度呈正相關(guān)系以及其高低溫下工作穩(wěn)定的特點(diǎn)

6、，設(shè)計(jì)了以鉑熱電阻Pt100作為溫度敏感元件、MSP430單片機(jī)為數(shù)據(jù)處理中心的高精度溫度檢測(cè)與補(bǔ)償電路，實(shí)現(xiàn)了溫度采集與補(bǔ)償處理的智能化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明該系統(tǒng)溫度的測(cè)量誤差≤0.1℃。此系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)原則，適用于低溫以及無(wú)工業(yè)供電的復(fù)雜環(huán)境中的試驗(yàn)研究，為工業(yè)推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ);
　　4.利用摻鉺(Er3+)光纖混沌激光的Bragg光柵傳感系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)靜冰壓力的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)進(jìn)行了應(yīng)用研究。設(shè)計(jì)了可精確定位的靜冰壓力光纖傳感檢