应用于光纤传感的可调谐光源的研究

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激光器是光纤传感技术中使用的主要光源,而半导体激光器具有体积小(厘米数量级)、重量轻(克数量级)、可靠性高、结构简单和寿命长等优点,并且能够适应振动、温度、湿度等环境变化,因而在光纤传感技术中得到更广泛的应用。目前,光纤传感器系统向着波分复用和光纤传感网的方向发展,这个发展趋势产生了使用可调谐激光光源的需求。其中宽带光源与可调谐滤波器的组合是实现可调谐光源的一种方法,这项研究可以为光纤传感网的应用提供实用技术。 本文首先研究了半导体激光器的等效电路模型,分别建立了Fabry-Perot(FP)半导体激光器及垂直腔表面发射半导体激光器(VCSEL)的等效电路模型。模型以半导体激光器的速率方程为基础,将速率方程表征为由线性电路元件组成的等效电路模型,这种方法不需要编制复杂的数值求解程序,从模型的电路模拟结果就可以很方便地得到LD的调制响应。并结合自己实验室所使用的电源驱动,对模型进行了仿真,验证了模型的准确性及可靠性。 接着研制了压电陶瓷致动器(PZT)的驱动电源。可调谐滤波器的工作原理是通过PZT的微位移改变滤波器的腔长,从而实现滤波,完成所需功能。研究了PZT驱动电源的电路原理,完成了设计和制作。实验结果表明该电源具有电路简单,线形度好,纹波小,带负载能力强,频响高等一系列特点。 本文重点研究了可调谐光源的设计与制作,主要是完成可调谐滤波器控制器的设计,该设计主要还建立在PZT驱动电源基础之上,同时考虑了一些闭环控制。根据理论上对该控制器的设计,结合具体的应用制作了可调谐光源,并对该光源进行了输出光谱测试。通过实验验证,该光源响应速度快,在部分场合已完全能替代可调谐激光器。
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