一、Effects of the Facet Reflectivity of a Laser Diode on Fiber Bragg Grating Semiconductor Lasers（论文文献综述）
张婧[1]（2021）在《基于阵列波导光栅的高频动态应变传感系统》文中进行了进一步梳理地震、飓风以及洪水等灾难性事件的频繁发生会严重影响工程结构的健康状态并诱发潜在的危及生命的情况。这些外力的影响在设计之初是不容易被预测到的。由于这些原因,近年来被称为结构健康监测（SHM）的技术已经出现,为工程学科的不同分支开辟了新的研究领域。结构健康监测的主要目的是在结构的使用寿命内检测结构或材料的性能退化程度。SHM系统中包含有大量的节点阵列,这些节点连续地监测一定数量的传感器,根据所监视传感器的数据变化,从而跟踪特殊结构的健康状态。SHM系统能够有效评估结构的健康状态并评价其几何性质的变化。因此,识别结构损伤并监测其演变的需要推动了SHM技术的发展。本文对基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的SHM技术进行了综述。FBG的固有特性使其成为SHM中最有前途的技术之一。基于FBG的传感器利用了光纤的特性,即传输损耗低、抗电磁干扰、电隔离、重量轻等优点。这些特性使得它们非常适合应用于恶劣的环境中。此外,还应考虑到FBG本身固有的高信噪比、结构紧凑性、高线性度、高灵敏度、抗电磁干扰性等优点。并且FBG具备抗散列环境、低噪声（由波长域中的信息编码产生）,以及在同一光纤中复用大量基于FGB传感器的可能性等特性减少了传统传感中使用的多条和重型布线的需要。FBG传感器容易受到外界环境的影响,外界应变通过光栅元件的膨胀或收缩以及应变-光学效应直接影响光纤布拉格响应。因此国内外学者对光纤光栅解调技术进行了深入的研究,并且提出了多种传感解调方案,但这些方案在解调速度,灵敏度等方面都不能令人满意。因此针对上述问题,本文基于光纤布拉格光栅传感解调技术主要做了以下工作:（1）简要阐述对比了光纤布拉格光栅传感器的国内外研究现状,从理论方面研究了FBG的传感特性以及传感原理。对几种常见的FBG解调技术分别就其优缺点进行了对比分析。基于此得出了本课题的研究内容,深入分析研究了阵列波导光栅（AWG）作为FBG波长解调元件在波分复用系统中的应用前景以及AWG的结构和复用/解复用的工作原理。提出了一种基于ASE宽带光源解调技术的FBG传感系统。因为ASE宽带光源有较大的输出功率,光源的温度稳定性高,并且输出光谱平坦度好,因此可以保证从FBG传感器中反射回来的窄带光信号的功率足够强且稳定输出。实验结果表明基于ASE宽带光源解调技术的FBG传感系统能应用于监测压电传感器产生的振动信号,频率响应范围在1k Hz到20k Hz之间时的时域响应良好。（2）针对基于ASE宽带光源解调技术的FBG传感系统响应频率低且范围小的问题,提出了一种基于阵列波导光栅解调的掺铒光纤环形激光动态应变传感系统。该传感系统是由环形激光腔,传感部分以及解调部分共同构成的。其中基于掺铒光纤放大器（EDFA）的光纤环形激光器结合光纤布拉格光栅作为光纤激光器的波长选择元件,用来探测外界的动态应变信号;激光腔的外部配置一个阵列波导光栅作为强度解调器。掺铒光纤放大器具备与偏振无关的高增益,不存在菲涅耳反射以及有限的量子噪声等优点既被用作环形激光器的光源,又被用作增益介质。实验首先研究了该传感系统运用压电传感器产生的振动信号的频率响应范围,即12k Hz到40k Hz。为了研究不同振动装置对解调结果的影响,我们将FBG传感器放置于工作频率为33k Hz的超声波清洗机中,实验结果表明该传感系统成功实现了水中超声波探测。接着我们把FBG用光学胶粘贴在铝板上,并使用外部撞击的方式驱动FBG传感器。该传感系统探测到的响应频率为50k Hz。最后证明了该传感系统能够实现双通道FBG传感器的同步探测。（3）利用光纤环形结构的优势,最后提出了一种更加优化的系统,即基于阵列波导光栅解调的半导体环形激光动态应变传感系统。该系统中半导体光放大器（SOA）因其具有显着的不均匀展宽特性而明显优于掺铒光纤放大器。通过与基于阵列波导光栅解调的掺铒光纤环形激光动态应变传感系统对比,可以得出该传感系统运用压电传感器产生的频响范围为48k Hz到120k Hz。并且成功实现了水中超声探测。接着我们把FBG用光学胶粘贴在铝板上,并分别使用外部撞击以及50W的超声波换能器驱动FBG传感器。该传感系统探测到的响应频率分别为60k Hz和40k Hz。最后证明了该传感系统能够实现双通道FBG传感器的同步探测。
王延靖[2]（2020）在《基于MOPA结构的高功率半导体脉冲激光器的研究》文中指出超短脉冲激光器具有短的脉冲持续时间、高重复频率、高峰值功率等特点,在科研、工业、通讯、医学等领域有着重要的应用,对人类社会的进步有着巨大的贡献。其相关研究一直备受关注,半导体脉冲激光器因为其具有体积小、寿命长、重量轻、转换效率高、波长丰富、价格便宜等一系列优点而成为超短脉冲源的研究热点。本论文主要围绕基于主振荡器-功率放大器（MOPA）结构的半导体脉冲激光系统的高功率和超短脉冲持续时间输出这一关键科学问题,开展了外腔锥形锁模半导体激光器的谐波锁模操作、半导体光放大器中放大的自发辐射的抑制和利用双通光栅压缩器实现飞秒光脉冲输出的研究,研究内容和取得的创新性成果如下:（1）设计并制备了一种波导侧壁具有锯齿结构的外腔锥形锁模激光器。该激光器可以实现谐波锁模操作。利用软件对不同的锯齿结构的反射率进行了模拟计算,并确定了最优的锯齿结构。实验上观察到稳定的三阶谐波锁模的皮秒脉冲序列。分析了系统的工作原理,在重复频率412 MHz时,脉冲宽度3.9 ps,单脉冲能量59 pJ。（2）针对放大器中放大的自发辐射问题,提出了在波导侧壁制备锯齿结构的方法来抑制放大的自发辐射。研究了锥形半导体光放大器中不同锯齿状微结构对放大的自发辐射压缩的影响。比较了它们的发射光谱,发现直角三角形（器件A）的锯齿状微结构表现出最好的压缩效果。该结构与传统的放大器相比,最大强度与背景辐射之比较传统光放大器提高了21.9%,同时功率提高了30.5%。器件A的平均功率达799 mW,脉冲宽度6.7 ps,对应峰值功率206 W。（3）基于脉冲压缩可实现飞秒脉冲持续时间的理论,使用双通透射式光栅压缩器对MOPA系统输出的皮秒光脉冲进行压缩,获得了495 fs的光脉冲输出,其峰值功率达1.5 kW。
郭奎奎[3]（2020）在《窄线宽光纤光栅激光器的偏振调控及传感特性研究》文中研究说明近年来,窄线宽光纤光栅激光器以其单频、窄线宽、超低噪声、抗干扰性强以及超高单色性、超高相干性等特性而被广泛地应用于现代信息社会之中,如在光纤通信系统、光纤传感器、相干激光雷达、微波光子系统以及太赫兹等领域。本文系统地研究了一种利用有源相移光纤光栅作为谐振腔的窄线宽光纤激光器,并探索其在传感领域的应用。本文在相移光纤光栅的理论仿真及制备、光纤激光器谐振腔结构优化与线宽测试、激光器双折射调控与偏振特性、高双折射窄线宽光纤激光器的传感应用等方面开展了研究工作。论文的主要内容包括:1.研究了紫外激光相位掩模板扫描法制备光纤光栅技术成功设计并搭建了紫外激光相位掩模法制备光纤光栅实验装置,系统研究了光纤光栅的制备工艺,通过静态相位掩模板法和动态相位掩模板法在载氢光纤上成功写制高质量的均匀光纤光栅（FBG）,反射率达99%以上,研究了不同光栅长度、不同光栅反射率下的光栅带宽。另外,利用紫外激光遮挡相位掩模板扫描法制备了高质量的相移光纤光栅（PS-FBG）,通过不同扫描速度、不同扫描长度实现不同相移量的PS-FBG的制备,其相移峰的3 dB带宽小于4 pm。基于光纤光栅的耦合模理论和传输矩阵理论对FBG和PS-FBG的光谱特性进行理论仿真,分析了光纤光栅长度、纤芯折射率调制对FBG和PS-FBG的光谱影响,通过理论分析和实验相结合的方法,归纳总结了FBG和PS-FBG的制备参数。2.实现一种基于对称阶跃型相移光纤光栅的窄线宽光纤激光器利用紫外激光相位掩模板扫描法在有源掺铒光纤上制备出π相移光纤光栅,获得了高性能的分布反馈（DFB）光纤激光器。针对DFB光纤激光器的输出性能,进行了全面分析和测试,包括泵浦阈值功率、斜率效率、工作稳定性、激光线宽特性等。为提高DFB光纤激光器的斜率效率,对PS-FBG的结构进行优化,提出了对称阶跃型PS-FBG的结构,该结构的相移区两边纤芯折射率呈对称阶跃分布,可以有效提高DFB光纤激光器的输出功率,实验测得对称阶跃型DFB光纤激光器的斜率效率高于均匀型DFB光纤激光器。该DFB光纤激光器具有窄线宽特性（2.6 kHz）和很高的工作稳定性（经24小时长期工作后,激射激光的中心波长和输出光功率波动分别小于12 pm和0.13 dB）。3.提出并实现窄线宽光纤光栅激光器的两种偏振调控技术利用光纤侧边抛磨技术和飞秒激光直写应力柱技术实现了光纤光栅激光器的偏振调控。首先,搭建了光纤侧边抛磨系统,通过对光纤光栅激光器的谐振腔（即有源PS-FBG）进行侧边抛磨,可以连续改变PS-FBG的双折射,进而实现偏振拍频调控,研究了抛磨厚度、抛磨粗糙度和抛磨方向对激光偏振拍频的影响,实现拍频信号从475.5 MHz至2080.4 MHz范围内调控。同时,提出一种单偏振DFB光纤激光器的制备方法,通过光纤侧边抛磨技术改变光纤激光器其中一个偏振态的激射阈值功率,在一定泵浦功率范围内保证只有一个偏振态可以正常激射,从而实现光纤激光器单偏振工作。另外,搭建了一套飞秒激光直写应力柱系统,利用800 nm飞秒激光在有源光纤的包层内直接写入应力柱,实现光纤光栅激光器的偏振调控。通过引入直线型应力柱和锯齿型应力柱,在光纤光栅内引入的双折射大小可达到商用保偏光纤如熊猫光纤的双折射量级(3.0×10-4)。利用该技术实现了光纤光栅激光器在121.1 MHz至3393.4 MHz范围内的偏振拍频调控。4.研究了双偏振光纤光栅激光器的传感特性首先,利用基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅作为传感单元,实现应变和温度双参数同时测量。利用光栅中心波长和双偏振模波长差两个参量进行解调,实现应变灵敏度1.24 pm/με和2.14×10-2 pm/με,温度灵敏度9.52 pm/°C和0.13pm/°C。其次,研究了一种基于飞秒激光直写双应力柱结构的高双折射光纤光栅激光传感器,通过监测光纤光栅激光器的偏振拍频信号和激射波长实现了应变和温度的同时测,应变灵敏度分别为34.5 kHz/με、1.25 pm/με,温度灵敏度分别为684.6 kHz/°C、11.5 pm/°C。另外,研究了光纤光栅激光器对横向压力传感特性,通过监测光纤光栅激光器的偏振拍频信号实现横向压力测量。实验结果表明:该光纤光栅激光传感器对横向压力的响应具有明显方向性,对横向压力响应的灵敏度最高达132.89 MHz/（N/mm）。本文从模拟仿真、系统构建、器件加工、性能测试等方面,系统研究了窄线宽光纤光栅激光器的设计、构建、优化与应用,研究成果对于光通信领域作为理想相干光源有重大的学术意义,对于光纤激光传感技术领域有巨大的应用价值。
刘佳[4]（2020）在《微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统及关键技术研究》文中提出随着航天技术的迅猛发展,航天飞行器结构健康监测和智能化发展需求迫在眉睫,传统基于热敏电阻和应变片的环境监测方法已经无法满足大容量、轻重量和低功耗的星载结构健康监测的要求。光纤光栅传感技术具有抗电磁干扰、尺寸小、成本低等特点,在航天领域具有广泛的应用。针对航天应用中光纤光栅传感解调技术的微型化及低功耗等诸多技术难点,开展基于调制光栅Y分支（MG-Y）可调谐半导体光源的微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统研究。论文主要研究内容包括:1.研究了光纤布拉格光栅温度和应变传感原理及传感系统组成,为波长型解调方法提供理论基础。为了解决星载环境微型、低功耗、大容量的光纤光栅应用受限问题,分析了常用光纤布拉格光栅解调及复用技术的各种方案,确定了可应用于航天领域的基于可调谐半导体光源的解调方法。2.研究了可调谐半导体激光器的结构及控制方法,采用单片可集成、调谐速度快,解调容量大的电调谐半导体激光器为解调系统光源。在对MG-Y可调谐控制原理论述基础上,通过对构造的两种星载光纤传感解调技术分析,提出了1*N耦合器的空/波分复用可调谐光源法解调方法;通过对可调谐光源与不同谱形FBG的作用机理研究,确定了解调仪的基本参数和波长计算公式。提出了一种采用波长计的光谱测量的表征方法,构建了“波长-电流”精确对应关系研究方案,解决了多调谐节MG-Y光源的查找表的难点。3.针对多调谐节激光器光源的电流控制问题,开展了MG-Y激光器光源解调仪的微型、低功耗和高精度控制方法研究,提出了一种基于ARM的四通道FBG解调方法。利用ARM芯片控制单片集成恒流源控制系统和高精度温度控制系统,实现扫描光源的高分辨率高稳定输出;进一步分析光电采集模块响应范围,设计了宽动态范围的基于对数放大器的光电采集系统;并对系统电源、串口通信电路进行设计,研制出适用于星载环境的FBG解调仪。4.提出了基于MG-Y光源的解调软件系统方案,对ARM嵌入系统下的底层驱动软件功能进行研究,实现了“波长-电流”查找表的快速筛选和FBG反射信号的快速采集;针对传统解调算法耗费资源多、波长跳动和光源不稳定引起波长精度低问题,提出了基于嵌入式硬件系统的动态阈值-双质心算法、上位机DGA算法和基于F-P标准具的校正方法,提高了波长解调精度和稳定性,改善了测量精度,实现了低功耗、宽动态范围下的高精度解调。5.建立了FBG解调实验平台,完成了光栅解调仪性能实验验证,分别对超短FBG、保偏FBG、芯包复合FBG、FBG光栅阵列的光谱特性进行测试。针对航天领域应用需求,采用800nm飞秒脉冲激光分别制备了上述不同反射谱形的光纤光栅,并对其温度和纵向拉伸传感特性进行测试,所研制的解调仪实现了对波长漂移的精确解调。本论文开展了可调谐扫描光源法的FBG波长解调技术研究,研制了基于MG-Y可调谐半导体光源的微型低功耗光纤光栅解调仪。通过对不同反射谱形飞秒刻写光纤光栅传感特性进行测试,满足了微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统要求。为解决航天结构健康检测的安全、高效、智能感知提供了新的技术手段。
白燕[5]（2019）在《2μm波段激光线宽表征方法及单纵模掺铥光纤激光器研制与应用》文中研究说明单纵模（SLM）窄线宽光纤激光器以其相干性好、可调制速率高、增益大、光谱稳定和抗干扰能力强等优点,在长距离光纤传感、相干光通信、光载无线通信、高精度光谱表征、激光雷达、光纤遥感等领域得到广泛的应用。其中,处于2μm波段的SLM窄线宽掺铥光纤激光器（TDFL）同时还具有大气透过率高和人眼安全的特点,因而在近地表空间光通信和激光雷达等领域中具有十分重要的应用价值。由于激光线宽关系到其可承载信号调制速率及激光雷达空间分辨率等关键技术指标,因此准确测量激光线宽对于提升激光器性能,从而提高空间光通信速率和激光雷达的空间分辨率,具有十分重要的意义。本论文针对2μm波段激光器,开展激光线宽精确表征方法的理论和实验研究,并将其应用于自制2μm波段光纤激光器线宽的测试。同时,研究了 2μm波段SLMTDFL应用于光纤传感的特性。主要的研究成果和创新点如下:1.研究了激光光谱线宽与相位噪声的内在联系,阐述了基于相位噪声测量线宽的基本原理。推导了激光器线宽与频率噪声功率谱密度、相位噪声功率谱密度之间的关系,得出通过测量激光器相位噪声来计算激光线宽的方法。分别对线形腔光纤激光器与环形腔光纤激光器的输出激光谱线进行了数值仿真与特性分析,详细讨论了影响激光光谱线宽的因素,得出压窄激光器输出线宽的理论依据。2.提出一种基于相位噪声解调的2μm波段激光线宽测量方法,并建立了基于3×3耦合器的全保偏型2μm波段激光线宽测量系统。通过测量2μm波段激光器的相位噪声与频率噪声,解算出激光器的输出激光线宽。全保偏结构可有效消除外界环境扰动导致的偏振态随机变化而引起的信号衰落,同时简化了光路结构。仿真结果表明,加入去噪算法后,在相位信号未考虑与考虑噪声的两种情况下,解调结果与预设给定值吻合度较高,前者估计误差为±0.1rad,后者估计误差为-0.17rad～0.15rad之间。实验测试结果与仿真结果相符,二者的相位波动功率谱密度吻合度高,相关系数为0.98;10组重复实验结果与仿真结果的相关系数皆在0.98以上;随机两两组合10对实验结果之间的相关系数均在0.99以上。3.对2μm波段光纤光栅、光纤光栅F-P滤波器、相移光纤光栅滤波器的输出特性进行理论推导和仿真研究。提出了一种基于光纤光栅F-P滤波器与饱和吸收体的线形腔SLMTDFL结构;激光器在室温下处于稳定的SLM输出状态,其中心波长为1942.01nm、3dB带宽为0.06nm、光信噪比约为50dB。提出并建立了一种基于光纤光栅F-P滤波器与饱和吸收体的环形腔SLM TDFL,并应用自制的线宽测量系统对该激光器的输出线宽进行了测量;结果表明,激光器在室温下处于稳定的SLM输出状态,输出激光中心波长为1942.03nm、光信噪比为60dB;当测量时间为0.001s时,得到的线宽为47kHz。4.提出并建立了一种基于相移光纤光栅滤波器的环形腔SLM TDFL。在无需饱和吸收体的情况下,利用相移光纤光栅的窄带滤波性能和一个子腔获得了稳定的SLM运转。实验结果表明,输出激光的中心波长为1941.80nm,光信噪比约为60dB。在0.001s的测量时间下,测得此激光器输出线宽为41kHz。在此基础上加入饱和吸收体,提出并建立了一种基于相移光纤光栅滤波器与饱和吸收体的环形腔SLM TDFL,当测量时间为0.001s时,测得激光器输出线宽为18kHz,证明了饱和吸收体具有进一步压窄激光线宽的作用。5.提出一种基于Sagnac干涉仪滤波器的2μm波段SLM光纤激光器用于温度传感方法,运用其中保偏光纤对温度的敏感性,基于激光波长随温度的变化实现温度测量;结果表明,当温度升高时激光器波长向短波长方向移动,温度灵敏度为2.09nm/℃C,高于1.55μm波段的光纤温度传感器。提出一种基于F-P光纤干涉仪滤波器的2μm波段SLM光纤激光器用于微位移传感方法;当位移增加时,激光器谐振波长向长波长方向漂移,实验测得其微位移传感灵敏度（单位位移所产生的激光器谐振波长变化量）为33nm/μm。
张玲娟[6]（2019）在《利用激光主动锁模实现光纤传感的实验研究》文中研究指明随着光纤通信技术的不断完善,各类新型光纤器件的研制引起了研究人员的关注。基于光纤设备的光纤传感网络正在蓬勃发展,光纤激光器和光纤传感器在光纤传感网络中发挥着关键作用,且已经广泛应用于光纤通信领域。在光纤激光器的研发中,首先是以半导体激光器的研究为原型,将光纤技术融合于半导体激光器中,结合外腔的半导体激光器及光纤光栅传感的特性,使得光纤激光器研究变得更加有意义。当前由于多数研究者为追求更窄线宽的激光输出,提出锁模技术。在当前的研究背景下,联系锁模技术的光纤激光器,同时运用光纤光栅作为传感元件,在锁模技术中实现光纤光栅的传感将变得非常有意义。利用锁模技术实现的光纤激光器不但能够为光纤通信系统提供兼容的超窄的脉冲光源,也能够为光纤类的系统奠定某些应用的基础。在锁模技术研究的基础上,光纤激光器的波长可调谐逐渐发展成为一种新型的光纤激光器研究开发的重要领域,广泛应用于波分复用（WDM）光纤通信中系统。可调谐光纤激光器由于其发射波长能够在一定的光谱范围内进行系统调谐而具有很大的吸引力。波长可调谐光源的使用有利于多类学科领域的应用,像在远程通信、材料处理、显微镜、医学和成像等。对于波长可调谐光纤激光器能够有效地降低通信系统成本,加大通信容量,同时可以使得通信系统被制作的更为紧凑。由于光纤类的传输媒质,信号在纤芯内以全反射方式传输,传送速度快,且信息传输的容量较大、损耗比较低、系统的结构质量较轻以及有着很好的抗干扰能力等显着的优势,在信息的传输中保证了高效的速率和性能的可靠性。本文提出了一种利用激光主动锁模实现光纤传感的实验装置,它结合了法布里-珀罗激光器（F-P LD）与光纤光栅,形成复合腔的结构,光纤光栅具有滤波的特性。以信号发生器直接作用在法布里-珀罗激光器上来调节腔内的频率,在大色散腔内完成主动锁模光纤激光器的光纤传感系统。这类的光纤材质的光纤传感器不同于传统的传感器,具有结构紧凑、抗电磁干扰、成本低、敏感度高、耐腐蚀等的优势,且利用激光拍频检测简化解调系统,增加传感的节点。在实现传感之前,利用主动锁模机制完成对法布里-珀罗激光器范围内的多个波长的输出,实现光纤激光器的可调谐性。相对于其他类的传感网络系统,它可以自身提供多个波长的激光光源,同时以光纤光栅（FBG）作为传感器进行传感及解调,即当外界应变作用在FBG上时,FBG的中心波长会发生偏移,在存在色散的腔内,不同波长的激光会有不同的时延。本次论文对于传感信号的解调使用激光拍频技术,将传感的信号转化为频率信号,也就是将波长的变化转换为频率的改变,频率信号能够通过频谱分析仪直接采集出来,转化得到对应的传感信号的变化量。在此光纤传感系统中,减少了光源的使用,降低了直接对光信号处理的困难。在一定程度上降低了该系统的成本,对系统的结构进行简化,避免了电路传感器本身的噪声干扰,同时可以实现光纤激光器的快速可调谐性,完成光纤激光器系统中的传感测量,具有良好的发展趋势。
姚爽[7]（2016）在《光纤光栅激光器及其传感应用研究》文中指出光纤光栅激光器传感器作为一种新型的传感器在近年来得到了快速发展。其核心传感元件是光纤光栅激光器,具有高信噪比和窄线宽等诸多优点。相对传统的基于电的传感器而言,基于光纤光栅激光器的传感器具有灵敏度高,抗电磁干扰,体积小巧等优点。而相对无源的光纤光栅传感器而言,它仍然具有窄线宽,高信噪比等独特的优势。在信号解调方面,除了波长信号解码方式之外,它还可以巧妙地利用相位和频率解调等方式对传感信号进行解调。例如,利用解调光纤激光器产生的频域信号对物理量进行探测,不仅能够提高灵敏度,而且降低解调系统的成本,因为对频域信号的电解调技术比传统的波长解调技术更加成熟。另外,根据吸收光谱学原理,基于光纤光栅激光器的传感器能够利用许多气体在近红外和中红外波长区域的吸收特性对CO2、CO和CH。等大气污染气体的浓度进行测量,形成结构简单的吸收型气体传感器系统,为环境健康监测提供了一种非常有效的方法。本论文主要根据不同的信号解调方式和传感用途设计并实现了两种光纤光栅激光器传感器：基于正交双频分布式布拉格反射（DBR）光纤激光器的磁场传感器和基于波长可调掺铥光纤光栅激光器的气体传感器。前者利用DBR光纤激光器的拍频信号对磁场和电流进行了高灵敏度的测量；后者利用结构简单的2μm可调掺铥光纤激光器对CO2气体浓度进行了高灵敏度的有效探测。本论文的主要研究工作和成果如下：1.介绍了光纤布拉格光栅和光纤光栅激光器以及它们在传感应用方面的发展情况,并对各自的传感特性进行了比较。详细介绍了光纤光栅激光器传感器的两种不同传感类型：拍频调制型和吸收型。拍频调制型传感器利用光纤激光器的拍频信号对待测量进行传感,解调方式简单且灵敏度高；吸收型传感器根据吸收光谱学原理,针对不同气体在紫外和红外区域存在的不同吸收特性来测量气体的浓度。2.研究了一种新颖的基于正交双频DBR光纤激光器的磁场传感器。根据相位掩模法利用扫描写入方式写制了光纤布拉格光栅,该方式利用193nm准分子激光器成功地在一根掺铒光纤上连续写制间隔一定距离的高、低反射率光栅,进而形成短腔DBR掺铒光纤光栅激光器。基于该激光器的磁场传感器利用通电导线在磁场中受到安培力的原理,将安培力横向作用于DBR光纤激光器,导致激光器的拍频信号产生变化,通过测量拍频信号的变化实现对磁场和电流的测量。实验结果显示：灵敏度和理论计算一致,分别是～258.92kHz/mT和～1.08727MHz/A,磁场传感器的最小可探测磁场达到高斯量级,为弱磁场探测领域提供了新的选择。3.基于实现CO2气体浓度现场高灵敏度探测的目的,我们设计并优化了一个全光纤线性结构的2μm掺铥光纤光栅激光器。根据相位掩模法利用定点写入方式写制了光纤布拉格光栅,该方式利用248nm准分子激光器在普通单模光敏光纤上分别写制了高、低反射率光栅,中间熔接一段掺铒／掺铥光纤形成掺铒和掺铥光纤光栅激光器,前者用做泵浦源为后者提供泵浦能量。对掺铥光纤光栅激光器进行了优化,首先优化其泵浦源——1600nm掺铒光纤光栅激光器,主要优化光纤光栅对和掺铒光纤两个要素,优化后的泵浦功率达到173.5mW,以其作为泵浦源制作掺铥光纤光栅激光器,用同样的方法优化掺铥光纤光栅激光器,最后得到在1874nm和1995nm两个波长的输出功率分别是35.5mW和10.6mW,为进一步的气体传感应用做了准备工作。4.为了提高2μm掺铥光纤光栅激光器在C02气体传感应用中的灵敏度和精确度,根据光纤光栅弯曲产生应变的机械特性,调谐激光器结构中的低反光栅（高反射率腔镜是在光纤端面通过银镜反应镀上的宽带银镜）使掺铥光纤光栅激光器实现波长可调,在1874nm和1995nm两个波长均实现30nm的调谐范围,其中1995nm激光器的波长可调谐到2004nm,在2μm波长区域,CO2气体在此波长具有最佳吸收特性。在波长调谐过程中,对输出激光的3dB带宽进行了观察和研究,提出一种有效抑制3dB加宽的方法,输出功率和波长调谐范围均满足稳定的气体传感研究。最后结合我们之前的实验结果,对此激光器应用于CO2气体传感进行了理论计算和分析,最小可探测CO2气体浓度为3.73×1016 molecule/cm3,即1254ppm,证明其应用于气体传感方面的优异特性和巨大潜力。
汤敏[8]（2021）在《高阶横模光纤激光器关键技术研究》文中研究表明光纤激光器因其光束质量高、体积小、抗干扰能力强、与光纤兼容性好等诸多优势而备受关注。高阶横模光纤激光器作为一种新型的光纤激光器,由于其能够输出具有特殊强度分布、相位分布以及偏振分布的高阶模式,在光传感、光通信、光学镊子、等离子体激发、材料加工等领域拥有重要应用价值。在高阶横模光纤激光器的相关研究中,输出模式的阶数、激光器斜率效率、输出波长数量、模式纯度以及激光器线宽等是表征高阶横模光纤激光器性能的关键技术参数。高质量的高阶横模光纤激光器为上述诸多领域的技术发展提供了重要技术支撑,是当下的研究热点。本文针对高阶横模光纤激光器输出模式阶数、光纤激光器的斜率效率及其输出波长数目、波长可调谐范围、激光器线宽等问题展开了一系列深入的理论和实验研究,主要研究内容和创新点如下:1.针对传统高阶横模光纤激光器输出模式阶数低、易受模式转换器件的转换率和插入损耗影响的问题,提出了一种可以直接从光纤激光器中输出高阶横模的方案。该方案是通过控制掺铒光纤中铒离子的分布范围实现特定矢量模式输出的,同时激光器是直接振荡在该矢量模式上的。首先,设计并仿真实现了一种可直接输出高阶矢量模式(HE21、TE01、HE31、EH11和HE12模式)的光纤激光器,该光纤激光器输出高阶矢量模式的纯度可以达到99.99%、激光器的斜率效率高达61.25%;其次,设计并仿真实现了一种角向偏振光束(TE01模式)输出的光纤激光器,该光纤激光器直接振荡在TE01模式上,输出模式纯度可以达到99.99%,斜率效率可以达到66.15%。所提出来的设计方案对光纤激光器实现更高阶矢量模式输出以及提升光纤激光器的斜率效率等方面具有指导意义。2.提出了一种基于复合腔结构和模式选择滤波器的单纵模窄线宽高阶矢量模式光纤激光器。复合腔是由一个主腔和两个被动子腔组成的,用于实现激光器的单纵模操作。模式选择滤波器是由光纤布拉格光栅和机械长周期光纤光栅（long period fiber grating,LPFG）构成,用于实现波长和模式的选择。通过调整偏振控制器、机械LPFG上的倾斜角度以及施加在LPFG上的压力,该激光器在1543.35 nm（1544.38 nm）处成功地输出了径向偏振光束（TM01模式）和角向偏振光束。激光器的信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）大于60 dB,20d B线宽分别为5.7 k Hz和6.8 k Hz,输出模式纯度大于91.8%。该光纤激光器可以应用于激光雷达、密集波分复用系统以及光纤传感等领域。3.针对高阶标量模式光纤激光器的输出波长数相对较少的问题,提出了两种输出多波长LP11模式的光纤激光器。研制了模式选择耦合器（mode selective coupler,MSC）,并将该MSC用于所提出的两种多波长LP11模式光纤激光器以实现LP11模式的输出。一种是基于马赫-曾德尔滤波器（Mach-Zehnde filter,MZF）的光纤激光器,实验获得了单波长到四波长的LP11模式输出,其信噪比高于36 d B,模式纯度高于95%。另一种是基于双萨格纳克梳状滤波器（dual-Sagnac comb filter,DSCF）的光纤激光器,实验获得了一到六个波长的LP11模式输出,其SNR高于40 d B,LP11模式的纯度高于95%。这两种光纤激光器可应用于波分-模分混合复用系统,以进一步提升通信容量。4.针对轨道角动量模式光纤激光器输出波长数相对较少的问题,提出并搭建了一种基于MSC、MZF和Sagnac环滤波器的多波长轨道角动量模式光纤激光器。其中,MSC用于实现基模到LP11模式的转换,在MSC的少模输出端加挤压式偏振控制器用于生成轨道角动量模式。研究了滤波器的工作原理,其中MZF用于提供梳状滤波谱,Sagnac环滤波器用于增加波长的调谐范围。搭建的光纤激光器,实验上获得了一到四个波长、拓扑电荷数为±1的轨道角动量模式输出,并且波长的可调谐范围高达22.64 nm,SNR大于34 d B,模式纯度高于95%。该光纤激光器的成功研制,可以为光通信系统、光传感系统提供优质的光源。5.提出了一种面向高阶横模光纤激光器应用的FP（Fabry-Perot,FP）滤波器。使用倾斜光纤布拉格光栅作为FP滤波器的反射镜与模式转换器,与传统的MZF,Sagnac环滤波器以及FP滤波器相比,该滤波器在特定波长处可以实现矢量模式的转换,同时具备窄带特性。理论研究了倾斜光纤布拉格光栅的倾斜角度对FP滤波器传输特性的影响,当倾斜角度为0°时,该滤波器表现出了波长选择特性,具备窄线宽特性。当倾斜角度为2°时,该滤波器表现出了波长选择和模式选择特性,同时具备模式转换功能和窄线宽特性。与此同时,也研究了倾斜光纤布拉格光栅的长度、调制深度以及光纤长度对FP滤波器传输特性的影响。该FP滤波器可以应用于光纤激光器,波分/模分复用系统。
戚章泥[9]（2021）在《掺镱光纤连续激光器与锁模激光器的研究》文中研究指明光纤激光器由于有着结构紧凑、系统稳定、不易受到外界环境的干扰和影响、光束质量好、波长范围广以及转换效率高等多项优点,得到了人们的普遍关注和大力开发。而镱离子由于能级简单、量子效率高等优点有着广泛的应用,因此本文以掺镱光纤激光器为研究主题,具体对线偏振单纵模掺镱光纤连续激光器与低重频掺镱光纤锁模脉冲激光器展开了调查与实验,具体内容如下:本文利用光纤布拉格光栅对构建线性腔以实现连续激光输出,并通过在线性腔内插入偏振分束器的方式实现了偏振度高于35 dB的线偏振激光输出,此外利用未泵浦光纤与反射镜组成的饱和吸收体结构实现了单纵模激光输出,种子源直出最大功率达212 mW,光信噪比达50 dB,且输出稳定。其次,由于种子源输出功率足够高,因此无需进行预放大而直接利用双包层掺镱光纤进行一级光放大,得到最大2.552 W的1064 nm激光输出,且放大后的激光依然保持高度线偏（偏振度保持在35 dB以上）与单纵模的特性。并对放大后的激光通过零拍延时自外差法测得激光线宽为1.2 kHz。利用半导体饱和吸收体反射镜和光纤布拉格光栅构建的线性腔实现锁模激光振荡器,实现了脉冲重复频率为18.30 MHz,输出平均功率为1.52 mW的中心波长为1063.67 nm激光激光输出,对此激光进行预放大后得到平均功率为66.5 mW的脉冲激光,再利用声光选单器对其进行降频处理,最终得到了重复频率为为18.30kHz、脉宽为3.523 ps的皮秒脉冲输出。
刘文杰[10]（2021）在《地下水温压双检光纤传感器解调系统的研究》文中进行了进一步梳理光纤传感器具有体积小、重量轻、抗干扰、抗腐蚀的优点,广泛应用于地质勘探、石油开采和矿山监测等领域,实现对温度、压力、振动等参数感知。但光纤传感器的解调设备存在价格昂贵、占用空间大、解调精度不高、稳定性不佳等问题。本文针对地质勘探钻孔水温、水压双检光纤传感器解调性能不高、稳定度弱的问题,研究并实现了一种基于可调谐激光器的解调方法,提高光纤解调系统的解调性能。解调电路包括电源、光源驱动、光电转换及采集、控制和通信等模块。通过对两种不同的电流控制电路的仿真和对比,选择电压转换成恒流的方式来驱动光源,并验证电流输出的稳定性;结合激光器内部半导体制冷器,设计温度控制电路,保证激光器能够在合适的温度下稳定工作。针对光电转换模块,设计二极管采用光伏模式工作,降低转换过程中暗电流的影响。解调过程包括激光器波长的标定、解调算法和上位机的设计,其中激光器的标定用于实现电流和波长的对应,通过D/A芯片输出电流,驱动激光器发出相应的光波。解调算法使用功率加权法,先通过A/D芯片采集到原始数据,并采用累加平均法对数据进行降噪处理,降低对波峰的干扰,再设定阈值提升寻峰准确性并减少运算量,将采样点的功率作为加权系数与对应波长相乘后累加,再取平均值,最终确定峰值的位置。上位机的设计采用C#语言,将解调的数据结果进行显示,并可完成阈值的设定等操作。通过对传感器的温度和压力进行标定测试,验证解调系统的性能。测试结果表明,本文实现光纤解调系统的解调范围为40nm,解调精度在±3pm,解调时间为1s,性能较稳定,在30～70℃的温度范围内解调的波长波动为2pm,在0～5MPa的压力范围内解调的波长波动为2pm,参量和波长之间的线性度较高,可以满足对温度和压力两个参数的实时检测和长期解调,能够应用在对地下水温度和压力的监测中。图87表10参69
二、Effects of the Facet Reflectivity of a Laser Diode on Fiber Bragg Grating Semiconductor Lasers（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Effects of the Facet Reflectivity of a Laser Diode on Fiber Bragg Grating Semiconductor Lasers（论文提纲范文）
（1）基于阵列波导光栅的高频动态应变传感系统（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 光纤布拉格光栅传感器研究概况 |
| 1.3 基于光纤布拉格光栅传感原理 |
| 1.3.1 光纤布拉格光栅特性 |
| 1.3.2 光纤布拉格光栅的应变传感特性 |
| 1.4 光纤布拉格光栅解调技术简介 |
| 1.4.1 边缘滤波法 |
| 1.4.2 可调谐滤波法 |
| 1.4.3 匹配滤波法 |
| 1.4.4 干涉仪扫描法 |
| 1.4.5 可调光源解调法 |
| 1.5 本文主要内容及结构安排 |
| 2 阵列波导光栅解调原理 |
| 2.1 阵列波导光栅的结构 |
| 2.2 阵列波导光栅复用/解复用的工作原理 |
| 2.3 ASE宽带光源解调技术及实验研究 |
| 2.3.1 概述 |
| 2.3.2 ASE宽带光源解调原理 |
| 2.3.3 基于ASE宽带光源单程放大的AWG解调系统装置 |
| 2.3.4 解调实验与结果 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于阵列波导光栅解调的掺铒光纤环形激光动态应变传感系统 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 系统配置 |
| 3.2.1 实验装置 |
| 3.2.2 理论分析 |
| 3.3 传感系统实验测试及分析 |
| 3.3.1 动态信号测量 |
| 3.3.2 水中超声波探测 |
| 3.3.3 撞击声发射信号探测 |
| 3.4 复用解调系统 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于阵列波导光栅解调的半导体环形激光动态应变传感系统 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 系统配置 |
| 4.2.1 实验装置 |
| 4.2.2 理论分析 |
| 4.3 传感系统实验测试及分析 |
| 4.3.1 动态信号测量 |
| 4.3.2 水中超声波探测 |
| 4.3.3 撞击超声波探测 |
| 4.3.4 超声波振子探测 |
| 4.4 复用解调系统 |
| 4.5 讨论 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 结论和展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果 |
（2）基于MOPA结构的高功率半导体脉冲激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 半导体超短脉冲激光器研究的发展与现状 |
| 1.2.1 404nm-410nm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.2.2 800-1100nm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.2.3 1.1-1.3mm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.2.4 1.55μm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.2.5 2mm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.3 本论文的选题依据和研究内容 |
| 第二章 半导体脉冲激光器的理论基础 |
| 2.1 高功率MOPA系统 |
| 2.2 锁模技术基本原理 |
| 2.2.1 锁模方式 |
| 2.2.2 半导体被动锁模技术的基本原理 |
| 2.2.3 锁模脉冲的性能参数 |
| 2.3 半导体光放大器理论 |
| 2.3.1 光放大原理 |
| 2.3.2 半导体光放大器系统方程 |
| 2.3.3 材料增益系数 |
| 2.3.4 自发辐射因子 |
| 2.3.5 SOA的简化解析解 |
| 2.3.6 倾斜腔结构 |
| 2.3.7 放大自发辐射(ASE) |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 半导体脉冲激光器及放大器制备工艺 |
| 3.1 外延生长 |
| 3.2 光刻 |
| 3.3 刻蚀技术 |
| 3.4 薄膜生长 |
| 3.5 Lift-off去金工艺 |
| 3.6 两段式半导体被动锁模激光器制备流程 |
| 3.7 放大器制备流程 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 谐波锁模半导体激光器研究 |
| 4.1 背景介绍 |
| 4.2 外腔谐波锁模半导体激光器的设计与制备 |
| 4.2.1 结构设计 |
| 4.2.2 工艺制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于锯齿结构的MOPA放大系统研究 |
| 5.1 背景介绍 |
| 5.2 MOPA结构设计 |
| 5.3 锁模种子激光器 |
| 5.4 放大器 |
| 5.5 本章总结 |
| 第六章 基于MOPA结构的半导体脉冲系统的脉宽压缩研究 |
| 6.1 背景介绍 |
| 6.2 色散补偿理论 |
| 6.3 双通光栅压缩器 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）窄线宽光纤光栅激光器的偏振调控及传感特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 窄线宽光纤光栅激光器的研究意义 |
| 1.3 窄线宽光纤光栅激光器的研究进展 |
| 1.4 光纤光栅激光器的偏振调控技术 |
| 1.5 窄线宽光纤光栅激光器的传感应用 |
| 1.5.1 相位解调型光纤激光传感器 |
| 1.5.2 偏振拍频解调型光纤激光传感器 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 窄线宽光纤光栅激光器的基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 掺铒光纤激光器的理论基础 |
| 2.2.1 光纤激光器的基本组成与工作原理 |
| 2.2.2 铒粒子的能级结构和光谱特性 |
| 2.2.3 吸收截面和发射截面 |
| 2.2.4 三能级速率方程 |
| 2.3 窄线宽光纤激光器的谐振腔 |
| 2.3.1 线形谐振腔 |
| 2.3.2 环形谐振腔 |
| 2.3.3 其他谐振腔 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 窄线宽光纤光栅激光器的谐振腔设计与光栅制备 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光纤光栅激光器谐振腔的理论分析 |
| 3.2.1 耦合模理论 |
| 3.2.2 传输矩阵法 |
| 3.2.3 均匀光纤布拉格光栅的理论仿真 |
| 3.2.4 相移光纤布拉格光栅的理论仿真 |
| 3.3 紫外激光相位掩模板扫描法制备光纤光栅技术 |
| 3.3.1 光纤载氢技术 |
| 3.3.2 紫外激光相位掩模板扫描法制备系统 |
| 3.3.3 均匀光纤布拉格光栅的光谱特性研究 |
| 3.3.4 相移光纤布拉格光栅的光谱特性研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 窄线宽光纤光栅激光器的研制与测试 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 分布反馈光纤激光器的基本结构 |
| 4.2.1 对称型激光器谐振腔结构 |
| 4.2.2 非对称型激光器谐振腔结构 |
| 4.3 窄线宽光纤光栅激光器的理论分析 |
| 4.4 窄线宽光纤激光器的输出特性 |
| 4.5 窄线宽光纤激光器的线宽理论和测试表征 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于侧边抛磨的光纤光栅激光器偏振调控技术 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 偏振基础理论 |
| 5.3 光纤侧边抛磨系统 |
| 5.4 利用侧边抛磨技术实现光纤光栅激光器的偏振拍频调控 |
| 5.4.1 偏振拍频调控的工作原理 |
| 5.4.2 双偏振DFB光纤激光器的制备与测试 |
| 5.4.3 基于侧边抛磨的DFB光纤激光器偏振调控实验 |
| 5.5 利用侧边抛磨技术实现单偏振光纤光栅激光器 |
| 5.5.1 侧抛单偏振光纤激光器工作原理 |
| 5.5.2 侧抛单偏振光纤激光器的实验研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于应力柱的光纤光栅激光器偏振调控技术 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 飞秒激光写制应力柱技术及实验装置 |
| 6.3 光纤光栅偏振相关特性与测试系统 |
| 6.4 高双折射光纤光栅的制备及测试 |
| 6.4.1 基于直线型应力柱的高双折射光纤光栅 |
| 6.4.2 基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅 |
| 6.5 光纤双折射变化对光栅输出偏振态的影响 |
| 6.6 基于锯齿型应力柱的光纤光栅激光器偏振调控 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 窄线宽光纤光栅激光器的传感特性研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 基于光纤光栅的双参数同时测量原理 |
| 7.2.1 双波长矩阵法 |
| 7.2.2 双参数矩阵法 |
| 7.3 基于锯齿型应力柱的高双折射光纤光栅应变和温度传感技术 |
| 7.3.1 高双折射光纤光栅的基本传感原理 |
| 7.3.2 高双折射光纤光栅的应变和温度双参数测量 |
| 7.4 基于光纤光栅激光器偏振拍频的应变和温度同时传感技术 |
| 7.4.1 基于双偏振光纤光栅激光器的应变和温度同时传感原理 |
| 7.4.2 基于双偏振光纤光栅激光器的应变和温度同时传感实验 |
| 7.5 基于光纤光栅激光器偏振拍频测量的横向压力传感技术 |
| 7.5.1 光纤光栅激光器的横向压力传感原理 |
| 7.5.2 光纤光栅激光器的横向压力传感测量 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 工作总结与展望 |
| 8.1 工作总结 |
| 8.2 本文的创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 指导教师对研究生学位论文的学术评语 |
| 答辩委员会决议书 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| 附:发表论文首页 |
（4）微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统及关键技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 光纤光栅传感在航天监测领域的发展 |
| 1.2.2 光纤光栅解调系统在航天领域的应用需求 |
| 1.3 光纤光栅传感技术 |
| 1.3.1 光纤光栅耦合模理论 |
| 1.3.2 光纤布拉格光栅传感原理 |
| 1.3.3 光纤布拉格传感系统组成 |
| 1.4 光纤光栅传感解调技术 |
| 1.4.1 光纤光栅传感解调技术 |
| 1.4.2 FBG复用技术 |
| 1.5 论文研究内容 |
| 第二章 基于MG-Y可调谐光源技术研究 |
| 2.1 可调谐半导体光源 |
| 2.2 MG-Y型 DBR激光器 |
| 2.2.1 激光器工作原理 |
| 2.2.2 激光器调谐控制设计 |
| 2.3 基于TLS的 FBG波长解调原理 |
| 2.3.1 基于MG-Y光源的光纤传感系统研究 |
| 2.3.2 波长解调原理 |
| 2.3.3 “波长-电流”精确对应关系 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于ARM的扫描式解调技术研究 |
| 3.1 基于ARM的 FBG微型解调系统 |
| 3.2 解调系统恒流源控制方法 |
| 3.2.1 TLS的电流驱动原理 |
| 3.2.2 单片集成恒流源控制方法实现 |
| 3.3 解调系统温度控制方法 |
| 3.3.1 TLS的温度控制方法 |
| 3.3.2 温度控制系统实现 |
| 3.4 解调系统光电检测技术研究 |
| 3.4.1 FBG光电检测原理 |
| 3.4.2 基于对数放大器的检测电路功能实现 |
| 3.5 供电系统及串口通信 |
| 3.5.1 电源电路实现 |
| 3.5.2 串口通信电路实现 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于MG-Y微型解调仪的光纤光栅解调算法 |
| 4.1 基于MG-Y光源的光纤光栅解调仪软件架构 |
| 4.2 基于ARM的底层软件实现 |
| 4.2.1 底层驱动软件流程 |
| 4.2.2 查找表筛选实现 |
| 4.3 基于MG-Y解调仪FBG解调算法 |
| 4.3.1 波长寻峰算法研究 |
| 4.3.2 基于MG-Y解调仪FBG解调仿真及算法对比分析 |
| 4.3.3 基于LABVIEW的 FBG解调系统实现 |
| 4.4 解调仪的性能测试及标定实验 |
| 4.4.1 PD动态范围测试及分析 |
| 4.4.2 解调仪波长标定实验 |
| 4.4.3 解调仪的性能测试及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 星载光纤光栅传感解调系统实验研究 |
| 5.1 基于MG-Y光源解调仪的USFBG的拉伸实验及分析 |
| 5.1.1 飞秒激光逐点法制备USFBG |
| 5.1.2 USFBG应变传感特性分析 |
| 5.2 基于MG-Y光源解调仪的芯包复合FBG的温度实验及分析 |
| 5.2.1 飞秒激光逐线法制备芯包复合FBG |
| 5.2.2 芯包复合FBG温度传感特性分析 |
| 5.3 基于MG-Y光源解调仪的保偏FBG的温度实验及分析 |
| 5.3.1 飞秒激光逐点法制备保偏FBG |
| 5.3.2 保偏FBG温度传感特性分析 |
| 5.4 基于MG-Y光源解调仪的级联FBG的温度实验及分析 |
| 5.4.1 飞秒激光逐点法制备FBG阵列 |
| 5.4.2 级联FBG温度传感特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（5）2μm波段激光线宽表征方法及单纵模掺铥光纤激光器研制与应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 2μm波段窄线宽光纤激光器的研究背景及其应用 |
| 1.2.1 研究意义与应用 |
| 1.2.2 研究进展 |
| 1.3 窄线宽光纤激光器特性描述 |
| 1.3.1 线宽压窄技术 |
| 1.3.2 实现方法及其比较 |
| 1.4 窄线宽光纤激光器线宽测量方法与技术进展 |
| 1.4.1 常用线宽测量方法 |
| 1.4.2 1.55μm波段激光线宽测量技术进展 |
| 1.4.3 2μm波段激光线宽测量技术进展 |
| 1.5 本论文主要内容与结构安排 |
| 2 基于相位噪声分析的光纤激光器线宽测量机理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤激光器线宽表征与分析 |
| 2.2.1 激光光谱线宽的相矢量表征 |
| 2.2.2 线形腔激光谱线分析 |
| 2.2.3 环形腔激光谱线分析 |
| 2.3 光纤激光器相位噪声表征 |
| 2.4 激光线宽测量机理 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 2μm波段单纵模窄线宽激光器线宽测量系统 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于相位噪声分析的2μm波段窄线宽激光线宽测量系统 |
| 3.2.1 相位解调方法 |
| 3.2.2 基于全保偏光纤结构的线宽测量与相位解调系统 |
| 3.3 光纤激光器相位解调与噪声分析 |
| 3.3.1 待解调相位信号不包含噪声时仿真分析 |
| 3.3.2 待解调相位信号包含噪声时仿真分析 |
| 3.3.3 相位信号解调实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 2μm波段单纵模窄线宽光纤激光器研制与线宽表征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 掺铥光纤激光器理论分析 |
| 4.3 单纵模光纤激光器工作机理与实现方法 |
| 4.3.1 光纤激光器的单纵模工作机理 |
| 4.3.2 2μm波段光纤激光器单纵模实现方法 |
| 4.3.3 光纤光栅窄带滤波器分析 |
| 4.3.4 饱和吸收体工作原理 |
| 4.4 基于F-P滤波器与饱和吸收体的线形腔单纵模光纤激光器 |
| 4.4.1 实验系统构成 |
| 4.4.2 实验结果及其分析 |
| 4.5 基于F-P滤波器与饱和吸收体的环形腔单纵模光纤激光器 |
| 4.5.1 实验系统构成 |
| 4.5.2 实验结果及其分析 |
| 4.5.3 线宽测量结果及其分析 |
| 4.6 基于相移光纤光栅的环形腔单纵模光纤激光器 |
| 4.6.1 实验系统构成 |
| 4.6.2 实验结果及其分析 |
| 4.6.3 线宽测量结果及其分析 |
| 4.6.4 饱和吸收体线宽压窄效果 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 基于2μm波段单纵模光纤激光器的光纤传感 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于Sagnac干涉仪的2μm波段光纤激光器温度测量 |
| 5.2.1 工作原理与数值仿真 |
| 5.2.2 实验系统与结果分析 |
| 5.3 基于F-P光纤干涉仪的2μm波段光纤激光器微位移测量 |
| 5.3.1 工作原理与数值仿真 |
| 5.3.2 实验系统与结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本论文主要研究内容与成果 |
| 6.2 下一步拟进行的研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录A |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（6）利用激光主动锁模实现光纤传感的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的目的和意义 |
| 1.2 光纤光栅外腔的半导体激光器的国内外研究现状 |
| 1.3 主动锁模技术的研究现状 |
| 1.4 光纤光栅传感解调技术简述 |
| 1.4.1 可调谐光纤F-P滤波器解调 |
| 1.4.2 匹配光栅滤波解调法 |
| 1.4.3 可调谐窄带激光器解调法 |
| 1.4.4 干涉解调法 |
| 1.4.5 激光拍频解调法 |
| 1.5 论文的主要工作及全文安排 |
| 第二章 光纤光栅外腔半导体激光器的基本原理 |
| 2.1 半导体激光器的基本原理 |
| 2.2 光栅外腔的结构及特点 |
| 2.2.1 光栅外腔结构 |
| 2.2.2 光栅外腔的特点 |
| 2.3 外腔结构模式选择 |
| 2.4 等效腔理论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 主动锁模光纤激光器的理论基础及其技术方法 |
| 3.1 主动锁模光纤激光器的分类 |
| 3.1.1 采用调制器实现的主动锁模光纤激光器 |
| 3.1.2 以半导体激光器为调制器的主动锁模光纤激光器 |
| 3.1.3 以SOA实现的主动锁模光纤激光器 |
| 3.2 主动锁模的掺铒光纤激光器 |
| 3.2.1 掺铒光纤放大器 |
| 3.2.2 锁模的机理 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 利用激光主动锁模实现光纤激光器可调谐性的实验系统 |
| 4.1 线性腔的激光主动锁模光纤激光器的实验装置 |
| 4.2 实验过程与结果 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 利用激光主动锁模实现温度的测量 |
| 5.1 光纤光栅传感器的工作原理 |
| 5.2 利用激光主动锁模实现温度测量的实验原理 |
| 5.3 最佳频率的选取 |
| 5.4 利用激光主动锁模实现温度测量实验和结果 |
| 5.5 实验实验误差分析及后期设想 |
| 5.5.1 实验误差 |
| 5.5.2 实验后期设想 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间成果 |
（7）光纤光栅激光器及其传感应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 光纤布拉格光栅 |
| 1.1.1 光纤布拉格光栅的制作方法 |
| 1.1.2 光纤布拉格光栅的基本特性 |
| 1.1.3 光纤布拉格光栅传感器 |
| 1.2 光纤光栅激光器及其传感应用 |
| 1.2.1 光纤激光器 |
| 1.2.2 光纤光栅激光器 |
| 1.2.3 光纤光栅激光器在传感上的应用 |
| 1.3 本文主要研究思路与内容 |
| 2 基于安培力的正交双频DBR光纤激光器磁场传感器 |
| 2.1 光纤布拉格光栅及DBR光纤激光器的制作 |
| 2.1.1 实验装置及结构图 |
| 2.1.2 实验过程和结果 |
| 2.1.3 DBR光纤光栅激光器的制作 |
| 2.2 磁场传感器原理 |
| 2.3 实验和结果 |
| 2.4 讨论 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 掺铥光纤光栅激光器的设计和优化 |
| 3.1 光纤布拉格光栅以及掺铒和掺铥光纤光栅激光器的制作 |
| 3.1.1 实验装置及结构图 |
| 3.1.2 系统调试和校准 |
| 3.1.3 实验过程和结果 |
| 3.1.4 掺铒光纤光栅激光器的结构和制作 |
| 3.1.5 掺铥光纤光栅激光器的结构和制作 |
| 3.2 掺铒光纤激光器泵浦源的结构 |
| 3.2.1 增益介质——掺铒光纤的优化 |
| 3.2.2 反射镜——光纤布拉格光栅对的优化(1584和1600nm) |
| 3.2.3 掺铒光纤激光器泵浦源的优化 |
| 3.3 掺铥光纤激光器的特性和优化过程 |
| 3.3.1 增益介质——掺铥光纤的优化 |
| 3.3.2 反射镜——光纤布拉格光栅对的优化(1874和1995nm) |
| 3.3.3 掺铥光纤激光器的优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 波长可调的2μm掺铥光纤激光器及其对CO_2气体浓度探测的理论分析 |
| 4.1 实验原理和结构 |
| 4.2 可调掺铥光纤激光器的特性 |
| 4.3 实验结果和理论分析的比较 |
| 4.4 可调激光器系统的应用和3dB带宽问题 |
| 4.5 应用于CO_2气体探测的理论分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 主要研究内容和结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 16对光纤布拉格光栅对和三种型号最佳长度掺铒光纤组成激光器的输出功率测试和比较 |
| 附录B 新结构掺铒光纤激光器的输出功率测试和比较(结构中连接一段Er30掺铒光纤作为掺铒光纤放大器) |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）高阶横模光纤激光器关键技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 高阶横模光纤激光器的应用 |
| 1.3 高阶横模激光器的实现方式 |
| 1.4 高阶横模光纤激光器的研究现状 |
| 1.4.1 高阶标量模式光纤激光器的研究现状 |
| 1.4.2 高阶矢量模式光纤激光器的研究现状 |
| 1.4.3 OAM模式光纤激光器的研究现状 |
| 1.5 本文的结构安排 |
| 2 光纤中的模式及耦合模理论 |
| 2.1 光纤中的模式 |
| 2.1.1 矢量模式 |
| 2.1.2 标量模式 |
| 2.1.3 矢量模式、标量模式和OAM模式之间的关系 |
| 2.2 耦合模理论 |
| 2.2.1 耦合模理论在MSC上的应用 |
| 2.2.2 耦合模理论在FBG上的应用 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 输出高阶矢量模式的光纤激光器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光纤激光器的基本结构及工作原理 |
| 3.3 光纤激光器的速率方程及其求解 |
| 3.4 掺铒光纤铒离子分布范围的研究 |
| 3.5 基于三层芯结构的TE_(01)掺铒光纤激光器 |
| 3.6 输出高阶矢量光束的单纵模窄线宽光纤激光器 |
| 3.6.1 基于FBG和机械LPFG的模式选择滤波器 |
| 3.6.2 复合腔结构 |
| 3.6.3 实验结果与分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 输出多波长高阶标量模式的光纤激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于MZF和 MSC的多波长LP_(11)模式光纤激光器 |
| 4.2.1 MZF的原理及搭建 |
| 4.2.2 MSC的原理及制作 |
| 4.2.3 光纤激光器的结构 |
| 4.2.4 实验结果 |
| 4.3 基于DSCF和 MSC的多波长LP_(11)模式光纤激光器 |
| 4.3.1 DSCF的原理及搭建 |
| 4.3.2 光纤激光器的结构 |
| 4.3.3 实验结果及分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 输出多波长OAM模式的光纤激光器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 MZF及 Sagnac滤波器的原理及搭建 |
| 5.3 光纤激光器的结构 |
| 5.4 实验结果及分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 基于TFBG的 FP滤波器 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 TFBG的反射率和透射率求解 |
| 6.3 基于TFBG的 FP滤波器传输特性的分析 |
| 6.3.1 FP滤波器的反射系数和透射系数 |
| 6.3.2 TFBG的倾斜角度对FP滤波器传输特性的影响 |
| 6.3.3 其他参数对FP滤波器传输特性的影响 |
| 6.4 小结 |
| 7 结束语 |
| 7.1 本论文的主要研究成果 |
| 7.2 下一步拟进行的工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（9）掺镱光纤连续激光器与锁模激光器的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 镱离子发光特性 |
| 1.1.1 二价镱离子 |
| 1.1.2 三价镱离子 |
| 1.2 掺镱光纤特性 |
| 1.3 掺镱光纤激光器概述 |
| 1.3.1 高功率掺镱连续光光纤激光器 |
| 1.3.2 低重频掺镱脉冲光纤激光器 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 2 激光器相关技术基础 |
| 2.1 光纤传输原理 |
| 2.1.1 单模掺镱光纤 |
| 2.1.2 双包层掺镱光纤 |
| 2.1.3 光子晶体光纤 |
| 2.2 光纤激光器及放大器理论 |
| 2.2.1 激光器腔型结构 |
| 2.2.2 激光器泵浦方式 |
| 2.3 线偏振激光的实现方法 |
| 2.4 单纵模激光 |
| 2.5 皮秒脉冲光纤激光器理论 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 高功率线偏振单纵模掺镱光纤激光器 |
| 3.1 线偏振单纵模掺镱光纤激光器的光学结构 |
| 3.2 线偏振单纵模掺镱光纤激光器的激光输出特性 |
| 3.2.1 掺镱光纤激光器种子源的激光输出特性 |
| 3.2.2 掺镱光纤激光器放大器的输出特性 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 全保偏锁模低重频皮秒脉冲掺镱光纤振荡器 |
| 4.1 半导体可饱和吸收体(SESAM)结构与特性 |
| 4.2 声光选单器的结构与特性 |
| 4.3 锁模皮秒脉冲光纤振荡器 |
| 4.3.1 光学结构与工作原理 |
| 4.3.2 振荡器激光输出特性 |
| 4.4 低重频皮秒脉冲光纤激光器系统设计 |
| 4.4.1 光学结构与工作原理 |
| 4.4.2 种子激光输出特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
（10）地下水温压双检光纤传感器解调系统的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 光纤光栅感知的现状 |
| 1.2.2 光纤光栅解调的现状 |
| 1.3 主要工作及章节安排 |
| 2 光纤光栅传感原理及解调方法 |
| 2.1 光纤光栅传感原理 |
| 2.2 光纤光栅传感特性 |
| 2.2.1 布拉格光栅的温感特性 |
| 2.2.2 布拉格光栅的压感特性 |
| 2.2.3 温度-压力交叉敏感特性 |
| 2.3 光纤光栅解调方法及原理 |
| 2.3.1 解调方法 |
| 2.3.2 解调原理 |
| 2.4 解调算法 |
| 2.5 小结 |
| 3 解调系统硬件设计 |
| 3.1 整体设计 |
| 3.2 光路部分 |
| 3.2.1 可调谐激光光源 |
| 3.2.2 光纤光缆 |
| 3.2.3 光纤耦合器 |
| 3.2.4 光纤光栅传感器 |
| 3.3 电路部分 |
| 3.3.1 电源模块 |
| 3.3.2 光源驱动模块 |
| 3.3.3 光电转换模块 |
| 3.3.4 采集模块 |
| 3.3.5 控制和处理模块 |
| 3.3.6 通信模块 |
| 3.4 小结 |
| 4 解调系统软件设计 |
| 4.1 整体设计 |
| 4.2 激光器的波长标定 |
| 4.3 解调算法的实现 |
| 4.3.1 信号的获取 |
| 4.3.2 信号的滤波 |
| 4.3.3 寻峰的实现 |
| 4.3.4 数据的交互 |
| 4.4 上位机设计 |
| 4.5 小结 |
| 5 解调系统性能测试 |
| 5.1 温度标定测试 |
| 5.2 压力标定测试 |
| 5.3 小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介及读研期间主要科研成果 |
四、Effects of the Facet Reflectivity of a Laser Diode on Fiber Bragg Grating Semiconductor Lasers（论文参考文献）
- [1]基于阵列波导光栅的高频动态应变传感系统[D]. 张婧. 重庆理工大学, 2021(02)
- [2]基于MOPA结构的高功率半导体脉冲激光器的研究[D]. 王延靖. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [3]窄线宽光纤光栅激光器的偏振调控及传感特性研究[D]. 郭奎奎. 深圳大学, 2020(10)
- [4]微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统及关键技术研究[D]. 刘佳. 合肥工业大学, 2020(01)
- [5]2μm波段激光线宽表征方法及单纵模掺铥光纤激光器研制与应用[D]. 白燕. 北京交通大学, 2019(01)
- [6]利用激光主动锁模实现光纤传感的实验研究[D]. 张玲娟. 河南师范大学, 2019(09)
- [7]光纤光栅激光器及其传感应用研究[D]. 姚爽. 大连理工大学, 2016(03)
- [8]高阶横模光纤激光器关键技术研究[D]. 汤敏. 北京交通大学, 2021
- [9]掺镱光纤连续激光器与锁模激光器的研究[D]. 戚章泥. 浙江大学, 2021(09)
- [10]地下水温压双检光纤传感器解调系统的研究[D]. 刘文杰. 安徽理工大学, 2021(02)