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《北京交通大学》 2018年
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全光交换关键器件和光纤传感器的研究

杨宇光  
【摘要】:随着人们对安全、大容量、高速率、低时延通信网络需求的不断增加,全光交换网及其关键器件的研究越来越受到重视。窄线宽光纤激光器便是全光交换网中的关键器件。相比于目前通信网络中所用的半导体激光器,窄线宽光纤激光器具有线宽窄、良好的波长一致性、噪声小、无耦合问题等优势,将成为未来通信网络中的重要器件。与此同时,探索高精度、高灵敏度、快速响应的新型光纤传感系统越来越受到人们的重视。窄线宽光纤激光器应用于光纤传感系统中,将有助于降低传感系统的信号噪声、提高系统的稳定性。同时探索新型光纤传感系统,对于应对未来传感领域的发展具有重要意义。本文首先介绍了本实验室科研团队的集体研究成果全光交换演示系统。在此基础上,对窄线宽光纤激光器进行了深入的研究,并对光纤布拉格光栅、法布里珀罗干涉仪以及二者结合的光纤光栅窄带滤波器的特性进行了深入的分析,将其应用于光电振荡器传感系统中,主要取得了以下几方面的研究成果:1、介绍了实验室科研团队的集体研究成果全光交换演示系统。该系统于2016年5月完成了第一代和第二代全光交换演示系统的搭建工作。相比于目前的ROADM技术,本文中介绍的全光交换演示系统具有光纤数目不受波长数目限制、系统更稳定、插损更小等优势。与此同时,该系统具有无阻塞、大容量、可扩展、低成本、低能耗等优点同时该系统所具有的信令系统可以提供无法利用后门进行网络攻击的具有安全性的通信网络。目前全光交换网络系统在实验室科研团队的其他研究人员的努力下正朝着小型化、实用化的方向研究。2、利用光纤光栅耦合模理论分别对光纤光栅所组成的法布里珀罗单腔和双腔结构的光谱特性进行了分析。仿真分析了光纤光栅的折射率调制深度对其光谱特性的影响。在前人工作的基础上,对未来全光交换网和光纤传感器的关键器件激光光源进行了实验探索。在光纤光栅非对称双腔结构光纤激光器中引入自注入锁定技术对激光器的性能进行改进,使非对称双腔结构光纤激光器实现了窄线宽激光输出。实验测得输出激光的消光比大于55dB,20dB线宽为12kHz,对应于3dB线宽为0.6KHZ。3、研究了法布里珀罗光纤干涉仪中光纤端面的弧度对于干涉仪传输特性和光谱特性的影响。通过高斯光束和射线光学理论建立了相关理论模型。分析了不同弧度、不同渐变折射率多模光纤长度对于干涉仪传输特性和光谱特性的影响。探究了光纤端面弧度的制作方法,实验探究了不同光纤端面弧度的法布里珀罗干涉仪光谱特性。在此基础上,探究了空气腔法布里珀罗光纤干涉仪的光纤对准和固定方法。利用该结构实验制作出消光比大于31dB腔长为713μm的空气腔法布里珀罗光纤干涉仪。研究了该干涉仪的气压特性和液体折射率特性。实验测得气压传感的灵敏度为4.943nm/MPa,液体折射率的最大灵敏度为-163.9dB/RIU。4、探究了基于光纤光栅法布里珀罗窄带滤波器的光电振荡器传感系统,进行了带有空气间隙的光纤光栅法布里珀罗窄带滤波器的制作和光电振荡器传感系统的搭建,该结构丰富了光电振荡器传感系统在传感领域的应用。对该系统的稳定性和传感特性进行了实验探究。实验测得液体折射率的灵敏度为 413.8MHz/0.001RIU,温度灵敏度为 2513MHz/℃。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP212;TN248

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