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基于边孔光纤的布里渊分布式光纤传感研究

陈研鸣  
【摘要】:受激布里渊散射(SBS)作为一种入射光波、斯托克斯光波和介质声波相互作用的三阶非线性过程,从被发现以来便得到了广泛的关注。近二十年来,基于布里渊散射的光纤分布式传感器因为具有长距离、高空间分辨率、高测量精度等特点得到了快速的发展,以保偏光纤作为传感光纤能够进一步提高系统测量的精度。边孔光纤是一种可填充气体、液体的多用途保偏光纤,因此基于边孔光纤的布里渊分布式光纤传感研究具有重要的意义和价值。本文首次探究了边孔光纤的布里渊传感特性,提出了利用单模和边孔光纤布里渊传感系统测量混合的温度与应变参数,并对提高系统精度的方法进行了分析。首先,通过仿真分析了光纤中的布里渊效应及其对偏振的依赖性,模拟了分布式布里渊时域传感系统中温度和应变对探测光信号的影响。得到了布里渊增益信号与入射光偏振态、光纤双折射的关系,用以提高系统的布里渊增益效应。其次,通过组建的布里渊分布式传感系统对边孔光纤进行了布里渊传感特性的检测。得到了边孔光纤布里渊频移温变系数和应变系数分别为1.08 MHz/℃和0.089 MHz/με,两轴的布里渊频移差5 MHz。相比于其他类型保偏光纤具有较低的温度灵敏度、较高的应变灵敏度以及较大的双轴频移差。最后,通过组建的单模和边孔光纤分布式布里渊传感系统,对混合的温度和应变参数进行了检测,达到了较高的温度和应变测量精度。并对光纤引起的误差进行了分析,得出了减小单模光纤折射率、泊松比、杨氏模量、密度的温度应变参数,增大边孔光纤的相同参数可以提高系统精度,可以用来指引实际传感系统中光纤的选取。设计了集成两光纤的双芯光纤,并对双芯光纤中的多种耦合效应进行了分析,仿真研究得到当纤芯距离40μm以上时,可以有效避免双芯耦合对基于布里渊效应传感的影响。


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