基于正交偏振雙頻光纖激光器的微弱磁場傳感器研究.pdf

1、光纖傳感器通過采用光纖器件或纖或作為敏感元件,對應(yīng)變、溫度、壓力、磁場、電流、濕度等變量進(jìn)行測量,具有探測精度高、抗電磁干擾、可工作于惡劣環(huán)境、高靈敏度等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。近年來,通過不斷汲取光纖光學(xué)領(lǐng)域涌現(xiàn)出來的新成果、新發(fā)現(xiàn),光纖傳感器已經(jīng)發(fā)展出多種多樣的形式,在性能上得到不斷提升,并已在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測等多個(gè)領(lǐng)域取得應(yīng)用。光纖磁場傳感器能夠?qū)?qiáng)磁場進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測量,在地質(zhì)勘探、工業(yè)檢測、軍事制導(dǎo)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而,現(xiàn)有光纖磁場傳感器通常

2、無法滿足微弱磁場測量的要求。針對這一問題,本文提出了基于單縱模正交偏振雙頻光纖激光器和安培力的光纖磁場傳感器。這種傳感器是通過在銅導(dǎo)線下放置光纖光柵激光器來實(shí)現(xiàn)的。與已有技術(shù)不同,我們利用DBR光纖光柵激光器在兩正交方向上輸出激光的信號(hào)混頻產(chǎn)生的拍頻信號(hào)作為監(jiān)測信號(hào)。在垂直磁場下,電流流經(jīng)銅導(dǎo)線,產(chǎn)生安培力,擠壓光纖光柵激光器,激光腔內(nèi)產(chǎn)生的雙折射變化導(dǎo)致激光器的拍頻變化。當(dāng)采用交流電注入銅導(dǎo)線的方式時(shí),磁場誘導(dǎo)所產(chǎn)生的拍頻能有效對抗環(huán)

3、境干擾。通過對磁場傳感器進(jìn)行增敏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),我們研制的基于DBR正交偏振雙頻光纖激光器的磁場傳感器,具有高靈敏度,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),滿足對微弱磁場測量的要求。這一方案克服了已有技術(shù)的不足,具有較好的應(yīng)用前景。
　　本論文主要內(nèi)容如下:
　　(1)對DBR正交偏振雙頻光纖激光器的研制方法進(jìn)行了研究與優(yōu)化:利用193nm準(zhǔn)分子激光光束側(cè)邊掃描和相位掩模法,在單摻鉺光纖上成功研制了單縱模 DBR光纖光柵激光器。通過控制刻寫光柵時(shí)的

4、曝光量使光柵對的反射峰中心只有一個(gè)諧振波長來獲得單縱模激光輸出。制備的激光器其整體長度最短可達(dá)到10mm以下,拍頻信號(hào)信噪比達(dá)到70dB以上。激光器具有正交偏振雙頻輸出,為傳感器提供了射頻域監(jiān)測信號(hào)。
　　(2)提出了基于單縱模正交偏振雙頻光纖激光器和安培力的光纖磁場傳感器,并對傳感器的磁場傳感機(jī)理進(jìn)行了分析,推導(dǎo)了磁場強(qiáng)度與DBR光纖光柵激光器的關(guān)系,在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了對磁場的定性測量。
　　(3)進(jìn)行了磁場傳感增敏研究,提出