環(huán)形摻鉺光纖激光器的自混合散斑有源傳感理論和實驗研究的綜述報告

環(huán)形摻鉺光纖激光器的自混合散斑有源傳感理論和實驗研究的綜述報告一、引言光纖激光器是一種廣泛應(yīng)用于商業(yè)和科研領(lǐng)域的激光器。在這些應(yīng)用中，精確測量和監(jiān)測環(huán)境參數(shù)成為關(guān)鍵要素，這促進(jìn)了光纖傳感器的發(fā)展。環(huán)形摻鉺光纖激光器（EYDFA）由于其基于環(huán)形反饋結(jié)構(gòu)，具有很高的質(zhì)量因子，能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)的波長穩(wěn)定性和噪聲性能，已經(jīng)成為高靈敏度傳感和測量系統(tǒng)的首選之一。二、環(huán)形摻鉺光纖激光器原理EYDFA由兩個部分組成：一個環(huán)形反饋結(jié)構(gòu)和一個摻鉺光纖放大器。環(huán)形反饋結(jié)構(gòu)通常由單模光纖和光纖環(huán)組成。在光纖環(huán)的一端，設(shè)置一個分束器，將部分光信號引導(dǎo)到光纖環(huán)內(nèi)，振蕩器將光信號注入到光纖環(huán)內(nèi)。在環(huán)回的途中，光線被反射和折射許多次，這導(dǎo)致了一個沒有可見模式的模式譜。因為在某一波長的光信號受到多次反射和折射后非常強(qiáng)烈地增強(qiáng)，這導(dǎo)致環(huán)繞內(nèi)的光強(qiáng)增加，最后通過另一個分束器退出光纖環(huán)。摻鉺光纖放大器是指在一段光纖中摻雜有少量鉺元素。當(dāng)激光器對放大器區(qū)域注入高功率激光束時，鉺元素會被激發(fā)，使得光泵浦中心附近發(fā)生放射性轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生430nm到490nm的藍(lán)光和1500nm到1600nm的波長光信號。為了確保高增益，需要使泵浦光波長為980nm或1480nm。圖1組成EYDFA的光環(huán)和摻Er光纖放大器三、EYDFA的傳感應(yīng)用EYDFA可以應(yīng)用于傳感和檢測領(lǐng)域。環(huán)形反饋機(jī)構(gòu)本身就能夠消除大部分光學(xué)聲子的噪聲，提高了系統(tǒng)的信噪比。同時，EYDFA的單色性能得到了很大的改善。這有助于減少傳感器測量誤差，提高傳感器的靈敏度和分辨率。一些熱靈敏傳感器（例如油氣管道和油罐的溫度和溫度變化等）要求高靈敏度，同時也需要高信噪比，因此EYDFA很適合這種應(yīng)用。EYDFA的主要目標(biāo)是設(shè)計高精度液位傳感器。固體物質(zhì)（如金屬）波導(dǎo)器具有比玻璃波導(dǎo)器低的熱容，因此液體的膨脹和收縮導(dǎo)致波導(dǎo)器的折射率發(fā)生變化。這種變化會導(dǎo)致密度變化如圖2所示。外置環(huán)形結(jié)構(gòu)可以反映出折射率的變化，從而實現(xiàn)液位的測量。另外，熱光學(xué)輸入和輸出耦合擾動會導(dǎo)致散斑過程自混合，從而在輸出上形成散斑圖樣。圖2液體的膨脹和收縮導(dǎo)致波導(dǎo)器折射率的變化四、EYDFA散斑特性仿真和實驗研究散斑現(xiàn)象是光學(xué)中的一種波動特性。對于EYDFA傳感系統(tǒng)來說，散斑現(xiàn)象與光信號的散跡有關(guān)。由于準(zhǔn)直光纖的不完美準(zhǔn)直度和光學(xué)元件的制造誤差，光路上可能出現(xiàn)非線性失真。光波被分散，從而在空間和時間上固定。因此可以將EYDFA散斑成像看作是一個空間和時間耦合的非線性動力學(xué)系統(tǒng)，這也成為非線性雙頻激光散斑（NLS）系統(tǒng)。圖3NLS系統(tǒng)的模型在進(jìn)行EYDFA散斑特性研究時，研究人員可以使用仿真模型或?qū)嶒灧椒?。在不同環(huán)境下通過模型和實驗證明了EYDFA的有效性和穩(wěn)定性。例如，研究人員通過建立無模型的光學(xué)系統(tǒng)對EYDFA進(jìn)行了系統(tǒng)性能評估。在實驗中，他們定義了一組評估系統(tǒng)穩(wěn)定性的參數(shù)。這些參數(shù)包括位移和傳感器溫漂的穩(wěn)定性，以及抗干擾性和靈敏度等。五、結(jié)論由于EYDFA傳感器的無源耦合引入的自混合散斑，使得它具有更高的靈敏度和分辨率，可以應(yīng)用于許多測量和監(jiān)測領(lǐng)域。EYDFA的傳感器