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分布反馈光纤激光器传感阵列关键技术研究

目录

摘要 (i)

Abstract ............................................................................................................... i i 第一章绪论 (1)

1.1 分布反馈光纤激光器的研究背景 (1)

1.2 分布反馈光纤激光器及阵列的研究现状 (3)

1.2.1 分布反馈光纤激光器研究概况 (3)

1.2.2 分布反馈光纤激光器阵列研究概况 (6)

1.2.3 光纤光栅高温特性研究概况 (11)

1.3 论文的主要工作 (12)

第二章分布反馈光纤激光器基本特性研究 (15)

2.1 光纤光栅基础理论 (15)

2.1.1 耦合模理论 (15)

2.1.2 光纤布拉格光栅 (16)

2.1.3 长周期光纤光栅 (19)

2.2 分布反馈光纤激光器工作原理 (21)

2.2.1 相移光栅光谱特性 (22)

2.2.2 分布反馈光纤激光器单模运行方案 (24)

2.3 分布反馈光纤激光器制作技术 (25)

2.3.1 常规光纤光栅制作 (26)

2.3.2 分布反馈光纤激光器制作 (27)

2.4 分布反馈光纤激光器性能测试 (28)

2.5 本章小结 (32)

第三章分布反馈光纤激光器阵列相干坍塌特性研究 (33)

3.1 分布反馈光纤激光器的相干坍塌特性 (33)

3.1.1 对称结构分布反馈光纤激光器 (33)

3.1.2 非对称结构分布反馈光纤激光器 (34)

3.1.3 相干坍塌对光纤激光器阵列复用容量的影响 (35)

3.2 光纤激光器阵列腔外反馈元分析 (37)

3.2.1 二基元光纤激光器阵列的腔外反馈机制分析 (37)

3.2.2 相邻光纤激光器对腔外反馈光的影响 (38)

3.3.1 双端耦合复合腔模型 (41)

3.3.2 光纤激光器阵列相干坍塌特性分析 (45)

3.4 光纤激光器阵列相干坍塌抑制方法实验研究 (47)

3.4.1 非对称光纤激光器相干坍塌性能测试 (47)

3.4.2 相邻激光器基元波长相关小信号衰减特性测试 (51)

3.4.3 光纤激光器阵列相干坍塌特性测试 (54)

3.5 本章小结 (56)

第四章分布反馈光纤激光器阵列强度噪声抑制方法研究 (57)

4.1 光纤激光器阵列的强度噪声传递函数 (57)

4.2 长周期光纤光栅对光纤激光器阵列性能的影响 (60)

4.3 温度及应变不敏感长周期光纤光栅设计制作 (61)

4.3.1 应变不敏感长周期光纤光栅制作 (62)

4.3.2 基于低温退火的长周期光纤光栅温度退敏技术 (68)

4.4 长周期光纤光栅温度退敏机理 (73)

4.4.1 纳米级波导尺寸变化测量 (73)

4.4.2 紫外光诱导应力弛豫物理过程解析 (75)

4.5 本章小结 (81)

第五章分布反馈光纤激光器泵浦诱导非线性热致失谐研究 (82)

5.1 分布反馈光纤激光器的泵浦调制机理研究 (82)

5.1.1 泵浦致热机制 (83)

5.1.2 泵浦光诱导折射率调制机制 (85)

5.2 分布反馈光纤激光器非线性热致失谐特性测试 (86)

5.2.1 泵浦光调制影响路径分析 (86)

5.2.2 分布反馈光纤激光器轴向温度分布与同步光学特性测试 (90)

5.2.3 分布反馈光纤激光器热致退化 (97)

5.2.4 有源相移光栅和有源光纤泵浦调制特性测试 (99)

5.3 非线性热致失谐等效物理图像 (101)

5.4 本章小结 (104)

第六章分布反馈光纤激光器系统元件高温特性研究 (105)

6.1 掺杂光纤高温增益恢复特性研究 (105)

6.1.1 掺杂光纤增益标定 (105)

6.1.2 掺杂光纤增益恢复特性测试 (107)

6.2 长周期光纤光栅高温再生实验研究 (113)

6.2.1 种子光栅制作及性能标定 (113)

6.2.2 长周期光纤光栅高温再生动态响应 (116)

6.2.3 再生长周期光纤光栅后退火处理温度响应测试 (121)

6.2.4 长周期光纤光栅非线性温度响应特性分析 (126)

6.3 本章小结 (128)

第七章结论与展望 (130)

7.1 论文的主要结论和创新工作 (130)

7.2 下一步的研究工作 (132)

致谢 (133)

参考文献 (135)

作者在学期间取得的学术成果 (147)

附录A 双端耦合复合腔模型光频偏移公式推导过程 (149)

附录B 一元三次方程的盛金求根公式 (151)

附录C 复合腔模型求解过程中一元三次方程的实根比较 (152)

附录D 阵列相干坍塌阈值长度对系数b的求导过程 (154)

表目录

表2. 1 掺铒DFB光纤激光器光学指标测试结果 (32)

表3. 1 不同泵浦结构下的光纤激光器外腔传输光纤阈值长度测试结果 (50)

表3. 2 单个光纤激光器相干坍塌限制的阵列阈值长度 (54)

表3. 3 两个光纤激光器相干坍塌限制的阵列阈值长度 (54)

表3. 4 阵列相干坍塌阈值长度测试结果 (55)

表4. 1 双包层单模光纤材料组分 (63)

表4. 2 腐蚀后的原始双包层单模光纤径向尺寸 (65)

表4. 3 原始LPG各波导层径向尺寸 (66)

表4. 4 均匀曝光光纤样品各波导层径向尺寸 (66)

表4. 5 低温退火后LPG各波导层的径向尺寸 (70)

表4. 6 不同光纤样品各波导层径向尺寸 (74)

表4. 7 双包层单模光纤各组分主要热学系数 (75)

表5. 1 高浓度铒镱共掺光纤参数表 (86)

表6. 1 铒镱共掺光纤相对增益系数标定 (108)

表6. 2 高温退火后铒镱共掺光纤相对增益系数和激发态铒离子能级寿命 (110)

表6. 3 不同温度退火生成的再生LPG特性对照表 (120)

表6. 4 不同温度退火的再生LPG特征参数表 (125)

图目录

图1. 1 线形腔光纤激光器光学结构示意图 (2)

图1. 2 泵浦致热效应产生的相移光栅啁啾光谱 (5)

图1. 3 泵浦光产生的热效应引起谐振腔透射谱变化测试结果及仿真结果图 (5)

图1. 4 典型DFB光纤激光传感器阵列的实物图及光学结构图 (8)

图1. 5 典型相干坍塌研究实验光路结构图 (9)

图1. 6 高温环境下再生光栅谐振波长动态响应测试结果 (12)

图2. 1 DFB光纤激光器的系统结构图 (21)

图2. 2 典型相移光栅透射谱和反射谱 (23)

图2. 3 不同参数相移光栅的透射谱 (23)

图2. 4 相位掩模法刻写FBG原理图 (26)

图2. 5 振幅模板法刻写LPG原理图 (27)

图2. 6 遮挡法刻制相移光栅光路示意图 (27)

图2. 7 DFB光纤激光器刻栅过程在线监测光路 (28)

图2. 8 FL1光纤激光器的输出光谱 (29)

图2. 9 FL1光纤激光器的输出光功率与泵浦功率曲线 (29)

图2. 10 FL1光纤激光器的模式结构图 (30)

图2. 11 DFB光纤激光器强度噪声测试系统示意图 (30)

图2. 12 FL1光纤激光器的强度噪声谱 (31)

图2. 13 DFB光纤激光器相位噪声测试系统示意图 (31)

图2. 14 FL1光纤激光器的相位噪声谱 (31)

图3. 1 FL1光纤激光器发生相干坍塌后的工作模式测试结果 (35)

图3. 2 FL1光纤激光器发生相干坍塌后的相位噪声测试结果 (35)

图3. 3 二基元DFB光纤激光器阵列中的有效腔外反馈元示意图 (37)

图3. 4 典型吸收截面和辐射截面光谱 (39)

图3. 5 掺杂光纤中增益介质能级结构图 (39)

图3. 6 掺铒光纤在不同粒子反转度的增益特性曲线 (40)

图3. 7 DFB光纤激光器双端耦合复合腔模型光学结构示意图 (41)

图3. 8 阵列相干坍塌阈值长度与相移一侧光栅长度的关系曲线 (46)

图3. 9 阵列相干坍塌阈值长度与目标激光器关键参数的关系曲线 (46)

图3. 10 阵列相干坍塌阈值长度与相邻基元关键参数的关系曲线 (47)

图3. 11 DFB光纤激光器相位噪声测试系统光路图 (48)

图3. 12 FL1光纤激光器1端口泵浦时不同尾纤长度下的干涉仪输出结果图 (49)

图3. 14 两支掺铒光纤激光器不同尾纤长度下的相干坍塌阈值测试结果图 (50)

图3. 15 DFB光纤激光器两端相干坍塌阈值外腔长度比与相移一侧光栅长度的关系曲线 (51)

图3. 16 不同泵浦功率的FL1光纤激光器输出光谱 (52)

图3. 17 DFB光纤激光器小信号增益/吸收特性测试光路图 (52)

图3. 18 掺铒DFB光纤激光器的小信号衰减特性曲线 (53)

图3. 19 不同泵浦状态下掺铒DFB光纤激光器净增益系数测试结果 (53)

图3. 20 DFB光纤激光器阵列的相干坍塌阈值长度测试光路结构示意图 (55)

图4. 1 光纤激光器阵列输出功率谱整形光路结构示意图 (61)

图4. 2 双包层单模光纤预制棒的径向折射率分布图 (63)

图4. 3 原始光纤端面SEM图像 (64)

图4. 4 原始LPG透射谱 (65)

图4. 5 原始LPG的模场分布图 (66)

图4. 6 原始LPG主峰的温度响应测试结果 (67)

图4. 7 原始LPG主峰的应变响应测试结果 (68)

图4. 8 LPG在退火过程中的主峰动态响应测量结果 (69)

图4. 9 低温退火后LPG的透射谱 (70)

图4. 10 低温退火后LPG主峰的温度响应测试结果 (71)

图4. 11 低温退火后LPG主峰的应变响应测试结果 (71)

图4. 12 常规单模光纤上刻写的LPG透射谱 (72)

图4. 13 常规单模光纤上刻写的LPG退火前后的灵敏度测试结果 (72)

图4. 14 双包层单模光纤LPG栅区端面SEM图像 (74)

图4. 15 原始双包层单模光纤的应力分布图 (77)

图4. 16 均匀曝光双包层单模光纤样品的应力分布图 (77)

图4. 17 双包层单模光纤LPG的应力分布图 (78)

图4. 18 低温退火前后双包层单模光纤LPG尺寸变化示意图 (79)

图5. 1 退火前后单模光纤相移光栅透射谱 (87)

图5. 2 DFB光纤激光器输出特性测试图 (88)

图5. 3 20 °C水浴环境下DFB光纤激光器的泵浦调制响应测试结果 (89)

图5. 4 陶瓷纤维基底上1端口泵浦DFB光纤激光器的泵浦调制响应测试结果 . 89图5. 5 DFB光纤激光器轴向温度分布测试光路图 (90)

图5. 6 正向泵浦DFB光纤激光器特征波长的泵浦调制响应测试结果 (91)

图5. 7 泵浦功率为3.49mW时正向泵浦DFB光纤激光器的温度分布测试结果 . 91

图5. 9 正向泵浦DFB光纤激光器轴向温度分布泵浦调制测试结果 (92)

图5. 10 不同室温条件下正向泵浦DFB光纤激光器轴向温度分布测试结果 (93)

图5. 11 不同室温条件下正向泵浦DFB光纤激光器特征温度测试结果 (93)

图5. 12 不同室温条件下正向泵浦相移光栅透射窗口中心波长测试结果 (93)

图5. 13 泵浦功率为191.6mW时正向泵浦光纤激光器的轴向温度分布曲线 (94)

图5. 14 正向泵浦DFB光纤激光器温度响应测试结果 (94)

图5. 15 正向泵浦DFB光纤激光器泵浦消耗曲线 (95)

图5. 16 反向泵浦DFB光纤激光器轴向温度分布泵浦调制测试结果 (96)

图5. 17 不同室温条件下反向泵浦DFB光纤激光器特征温度测试结果 (96)

图5. 18 泵浦功率为191.6mW时反向泵浦光纤激光器的轴向温度分布曲线 (97)

图5. 19 第二支铒镱共掺DFB光纤激光器输出光谱 (98)

图5. 20 大功率泵浦下第二支铒镱共掺DFB光纤激光器输出特性测试结果 (98)

图5. 21 有源相移光栅泵浦调谐测试结果 (99)

图5. 22 有源相移光栅轴向温度分布泵浦调制特性测试结果 (100)

图5. 23 泵浦相移光栅等效示意图 (102)

图6. 1 掺杂光纤相对增益系数测试光路示意图 (106)

图6. 2 激发态铒离子能级寿命测试光路示意图 (107)

图6. 3 原始掺杂光纤的准单色光信号衰减曲线 (107)

图6. 4 不同方法预处理的铒镱共掺光纤自发辐射谱 (108)

图6. 5 铒镱共掺光纤不同波长处激发态铒离子能级寿命测试图 (109)

图6. 6 高温退火后不同方法预处理的铒镱共掺光纤自发辐射谱 (110)

图6. 7 高温退火前不同方法预处理的掺杂光纤样品吸收谱 (112)

图6. 8 高温退火后不同方法预处理的掺杂光纤样品吸收谱 (113)

图6. 9 原始铒镱共掺光纤吸收谱 (113)

图6. 10 曝光过程中种子光栅的谐振峰波长和峰值强度变化曲线 (114)

图6. 11 停止曝光后种子光栅透射光谱 (115)

图6. 12 室温下3小时内种子光栅透射谱凹陷的中心波长和强度变化曲线 (115)

图6. 13 制备完成后不同时刻种子光栅透射谱 (116)

图6. 14 900°C高温退火过程中LPG的谐振峰演化曲线 (117)

图6. 15 再生LPG透射光谱 (118)

图6. 16 再生LPG应变响应曲线 (118)

图6. 17 850°C高温退火过程中LPG的谐振峰演化曲线 (119)

图6. 18 950°C高温退火过程中LPG的谐振峰演化曲线 (120)

图6. 20 第二次后退火过程中再生LPG的动态响应曲线 (123)

图6. 21 6次后退火处理过程中再生LPG谐振波长温度响应曲线 (124)

图6. 22 稳态再生LPG温度响应曲线 (124)

实验五反射式光纤位移传感器实验

实验五 反射式光纤位移传感器 一、实验目的 了解反射式光纤位移传感器的结构，学习和掌握最简单、最基本的光纤位移传感器的原理和应用。 二、基本原理 反射强度调制式光纤传感器具有准确、结构简单、价格低廉等优点，广泛应用于各种位移、压力和温度传感器中。反射式光纤位移传感器的基本结构如图5-1所示，其中发射光纤通常由一根光纤构成，接收光纤有时候由单根光纤构成，而有些时候为了提高光的接收效率也经常由多根光纤构成。本实验采用的传光型光纤，它是由两根光纤的一端熔合后组成的Y 型光纤，一根作为发射光纤，端部与光源相接发射光束；另一根作为接收光纤，端部与光电转换器相接接收反射光。两根光纤熔合后的端部是工作端也称传感探头，截面为半圆分布即D 型结构。由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电压信号。 图5-1 反射式光纤位移传感器示意图 传光型光纤反射式位移传感器的发射调制方法，可用等效分析法来分析。首先，画出接收光纤关于反射体的镜像，然后计算出该镜像接收光纤在发射光纤纤端光场中所接收到的光强值，最后将该光强值乘以反射体的反射率R ，作为传感器的最后输出光强。如图5-2中的a 图所示。 接收光纤的镜像坐标即它的等效坐标位置为F （2z ，d ），这里z 为发射接收光纤的端面与反射体之间的距离，d 为发射光纤轴心到接收光纤轴心之间的距离，由此可以获得接收光纤接收到的光强为： ]] )/(1[exp[])/(1[)(2 2/30202222/3020c c tg a z a d tg a z RI z I θζσθζσ+-?+= 其中，0I 为光源的光强，σ为表征光纤折射率分布的相关参数，对于阶跃折射率光纤，它的值为1，0a 为光纤的纤芯半径，ζ为光源种类及光源与光纤耦合情况有关的调制参数， c θ为发射光纤的最大出射角。此函数的曲线形状如图5-2中的b 图所示。 reflector

半导体分布反馈激光器-DFB

半导体分布反馈激光器 半导体分布反馈激光器是采用折射率周期变化的结构实现谐振腔反馈功能的半导体激光器。这种激光器不仅使半导体激光器的某些性能（如模式、温度系数等）获得改善，而且由于它采用平面工艺，在集成光路中便于与其他元件耦合和集成。GaAs－GaAlAs分布反馈激光器已实现室温连续工作，阈值3.4×103安/厘米2(320K)。282K下得到的最大连续输出功率为40毫瓦。 半导体分布反馈激光器- 简介 采用折射率周期变化的结构实现谐振腔反馈功能的 半导体激光器。这种激光器不仅使半导体激光器的某些 性能（如模式、温度系数等）获得改善，而且由于它采 用平面工艺，在集成光路中便于与其他元件耦合和集成。 1970年采用双异质结的GaAs－GaAlAs注入式半导体激光 器实现了室温连续工作。与此同时，贝尔实验室H.利戈 尼克等发现在周期结构中可由反向布喇格散射提供反 馈，可以代替解理面。在实验中，最初是把这种结构用 于染料激光器，1973年开始用于半导体激光器，1975年 GaAs分布反馈激光器已实现室温连续工作。 半导体分布反馈激光器- 原理 半导体分布反馈激光器的反馈结构是一种周期结构，反馈靠反向布喇格散射提供（见图）。为了使正向波与反向波之间发生有效的布喇格耦合,要求光栅周期满足布喇格条件:半导体分布反馈激光器，式中λ0是激射波长,Ng是有效折射率，m＝1、2、3、…(相当于耦合级次)。对于GaAs材料,一级耦合:Λ＝0.115微米。在实验中，使用3250埃He－Cd激光和高折射率棱镜(nP=1.539)，已制出Λ＝0.11微米的周期结构（见半导体激光二极管）。 1.结构及工作机理 DFB激光器的激光振荡不是靠F—P腔来实现，而是依靠沿纵向等间隔分布的光栅所形成的光耦合，如图2—81所示。

光纤传感器使用方法

FS-V21/21G/21RP/21RM/21X 光纤传感器调试方法 1、基本组成 本系列的光纤传感器外观基本由以下几部分组成，从左到右依次为： （1）SET键，此按钮可用于敏感度设定。本传感器的基本原理为：通过光纤探头对不同介质折射率的感应，从而获得数字信号，显示在屏幕上，通过显示数值的大小与设定灵敏值的比较发送开关量。 （2）指示灯，此灯在传感器有信号输出时发生亮灭变化。 （3）“设定灵敏值”，在屏幕上显示为绿色，表明当前设定的灵敏值。当探头采集到的数值变化至此数值时，传感器产生信号。 （4）“当前灵敏值”，在屏幕上显示为红色，显示传感器当前采集的数值。（5）“选择按钮”，及左右箭头，可以实现各种功能的选择，相当于翻页键 （6）“模式选择按钮”，此按钮可用于设定不同的工作模式。 2、接线方法 （1）F S-V21/21G/21R/21RM/21X：棕线：L+24V 黑线：信号线 橙线：1-5V 蓝线：公共端 （2）FS-V21RP：棕线：L+24V 黑线：信号线蓝线：公共端 3、灵敏度校准 （1）全自动校准：在工件进入探头的灵敏区域时，按住“SET”键不放，保持3秒，灵敏值将会被设定，显示为绿色 （2）两点校准：在工件未进入灵敏区域时，按住“SET”键保持三秒，有一个敏感值被记忆，然后将工件放置在敏感区域，按下“SET”键保持三秒，另一个敏感值被记忆，当敏感值从一个值变化为另一值时，传感器产生电平变化。 （3）一般校准：也可以通过按“选择按钮”，及左右键来增减敏感度的设定值。 （4）位置校准：在工件未进入灵敏区域时，按住“SET”键保持

三秒，然后将工件放置在离探头一定距离，按下“SET”键保持三秒，一个敏感值被记忆，当工件每次到达此位置时，传感器产生电平变化。 4、常开常闭设定 按下最右侧的开关选择按钮，可以选择，内部开关为常闭还是常开。

光纤压力传感器实验

光纤压力传感器实验 一、实验目的 1、了解并掌握传导型光纤压力传感器工作原理及其应用 二、实验内容 l、传导型光纤压力传感光学系统组装调试实验； 2、发光二极管驱动及探测器接收实验； 3、传导型光纤压力传感器测压力原理实验。 三、实验仪器 1、光纤压力传感器实验仪1台 2、气压计1个 3、气压源l套 4、光纤1根 5、2#迭插头对若干 6、电源线1根 四、实验原理 通常按光纤在传感器中所起的作用不同，将光纤传感器分成功能型(或 称为传感型)和非功能型(传光型、结构型)两大类。功能型光纤传感器使 用单模光纤，它在传感器中不仅起传导光的作用，而且又是传感器的敏感元件。但这类传感器的制造上技术难度较大，结构比较复杂，且调试困难。 非功能型光纤传感器中，光纤本身只起传光作用，并不是传感器的敏感元件。它是利用在光纤端面或在两根光纤中间放置光学材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或反射光强度随之发生变化。所以这种传感器也叫传输回路型光纤传感器。它的工作原理是：光纤把测量对象辐射的光信号或测量对象反射、散射的光信号直接传导到光电元件上，实现对被测物理量的检测。为了得到较大的受光量和传输光的功率，这种传感器所使用的光纤主要是孔径大的阶跃型多模光纤。光纤传感器的特点是结构简单、可靠，技术上容易实现，便于推广应用，但灵敏度较低，测量精度也不高。 本实验仪所用到的光纤压力传感器属于非功能型光纤传感器。 本实验仪重点研究传导型光纤压力传感器的工作原理及其应用电路设计。在传导型光纤压力传感器中，光纤本身作为信号的传输线，利用压力一电一光一光一电的转换来实现压力的测量。主要应用在恶劣环境中，用光纤代替普通电缆传送信号，可以大大提高压力测量系统的抗干扰能力，提高测量精度。 相关参数： l、光源 高亮度白光LED，直径5mm

反射式光纤位移传感器特性实验

仪器与电子学院实验报告 （操作性实验） 班级： 学号： 学生姓名： 实验题目：反射式光纤位移传感器特性实验 一、实验目的 1）掌握反射光纤位移传感器工作原理； 2）掌握反射光纤位移传感器静态特性标定方法。 二、实验仪器及器件 光纤、光电转换器、光电变换器、电压表、支架、反射片、测微仪。 三、实验内容及原理 反射式光纤位移传感器的工作原理如图3所示，光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为接收光纤和光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量。 图1 反射式光纤位移传感器原理及输出特性曲线 四、实验步骤 1、观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。 2、将原装电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下，装上光纤探头，探头对准镀铬反射片( 即

电涡流片)。 3、振动台上装上测微仪，开启电源，光电变换器Vo端接电压表。旋动测微仪，带动振 动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时Vo输出为最小。然后旋动测微仪，使反射镜面离开探头，每隔0.5mm取一Vo电压值填入下表，作出V—X曲线。 4、根据所测数据求出平均值后，在坐标纸上画出输出电压-位移特性曲线（分前坡和后坡）， 计算灵敏度S=，并在坐标纸上画出V—X关系线性、灵敏度、重复性、迟滞曲线。 五、实验测试数据表格记录 表1 六、实验数据分析及处理 1、线性度： 图2 线性曲线

光纤传感器

光纤传感器 ①光纤传感器的基本原理 光纤传感器通过光导纤维把输入变量转换成调制的光信号。光纤传感器的测量原理有两种。 (1) 物性型光纤传感器原理 物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。 激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。外界参数（温度、压力、振动等）引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压力等。 (2) 结构型光纤传感器原理 结构型光纤传感器是由光检测元件（敏感元件）与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。 图2 结构型光纤传感器工作原理示意图 (3) 拾光型光纤传感器原理 用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。

图3 拾光型光纤传感器工作原理示意图 ②光纤传感器的优点 与传统的各类传感器相比，光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质，具有光纤及光学测量的特点，有一系列独特的优点。 (1) 电绝缘性能好。 (2) 抗电磁干扰能力强。 (3) 非侵入性。 (4) 高灵敏度。 (5) 容易实现对被测信号的远距离监控。 (6) 耐腐蚀，防爆。 (7) 光路有可挠曲性，便于与计算机联接。 (8) 结构简单，体积小，重量轻，耗电少等。 光纤传感器在军事、航空、医学、环境监测、土木工程、电子系统等很多领域都有广泛的应用，尤其适用于以下特殊环境： (1) 在高压、电磁感应噪音条件下的测试； (2) 在危险和环境恶劣条件下的测试； (3) 在机器设备内部的狭小间隙中的测试； (4) 在远距离的传输中的测试。

分布反馈光纤激光器传感阵列关键技术研究

目录 摘要 (i) Abstract ............................................................................................................... i i 第一章绪论 (1) 1.1 分布反馈光纤激光器的研究背景 (1) 1.2 分布反馈光纤激光器及阵列的研究现状 (3) 1.2.1 分布反馈光纤激光器研究概况 (3) 1.2.2 分布反馈光纤激光器阵列研究概况 (6) 1.2.3 光纤光栅高温特性研究概况 (11) 1.3 论文的主要工作 (12) 第二章分布反馈光纤激光器基本特性研究 (15) 2.1 光纤光栅基础理论 (15) 2.1.1 耦合模理论 (15) 2.1.2 光纤布拉格光栅 (16) 2.1.3 长周期光纤光栅 (19) 2.2 分布反馈光纤激光器工作原理 (21) 2.2.1 相移光栅光谱特性 (22) 2.2.2 分布反馈光纤激光器单模运行方案 (24) 2.3 分布反馈光纤激光器制作技术 (25) 2.3.1 常规光纤光栅制作 (26) 2.3.2 分布反馈光纤激光器制作 (27) 2.4 分布反馈光纤激光器性能测试 (28) 2.5 本章小结 (32) 第三章分布反馈光纤激光器阵列相干坍塌特性研究 (33) 3.1 分布反馈光纤激光器的相干坍塌特性 (33) 3.1.1 对称结构分布反馈光纤激光器 (33) 3.1.2 非对称结构分布反馈光纤激光器 (34) 3.1.3 相干坍塌对光纤激光器阵列复用容量的影响 (35) 3.2 光纤激光器阵列腔外反馈元分析 (37) 3.2.1 二基元光纤激光器阵列的腔外反馈机制分析 (37) 3.2.2 相邻光纤激光器对腔外反馈光的影响 (38)

DFB激光器调研报告(在实际工程中的应用)

分布反馈式半导体激光器在实际工程系统中的应用 摘要：DFB (Distributed Feed Back) DFB型光发射机，分布反馈（激光器）半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展、半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广，其的出现带来了巨大的变化，使科技更发达，人们生活更加丰富多彩，应用范围遍及医学、科技、航天交通，通信等各个领域。自从1962 年世界上第一台半导体激光器(Diode Laser)发明问世以来, 由于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一. 四十几年来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中, 不断扩大应用范围, 进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域。 关键字:DFB、工作波长、边模抑制比、阈值电流、输出光功率 一、分布反馈式半导体激光器简介 1、分布反馈式半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质 的能带之间,或者半导体物质的能带与杂质能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高 能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS,InAS,Insb等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高 能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓、砷化镓、磷化铟、硫化锌等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。 2、分布反馈式半导体激光器的主要参数：a.工作波长：激光器发出光谱的中心波长。b.边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。 c.-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。 d.阈值电流：当器件工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。 e.输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。

光纤激光器的原理及应用

光纤激光器的原理及应用 张洪英 哈尔滨工程大学理学院 摘要：由于在光通信、光数据存储、传感技术、医学等领域的广泛应用，近几年来光纤激光器发展十分迅速，且拥有体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优势。本文简要介绍了光纤激光器的基本结构、工作原理及特性，并对目前几种光纤激光器发展现状及特点做了分析，总结了光纤激光器的发展趋势。 关键词：光纤激光器原理种类特点发展趋势 1引言 对掺杂光纤作增益介质的光纤激光器的研究20世纪60年代，斯尼泽(Snitzer)于1963年报道了在玻璃基质中掺激活钕离子(Nd3+)所制成的光纤激光器。20世纪70年代以来，人们在光纤制备技术以及光纤激光器的泵浦与谐振腔结构的探索方面取得了较大进展。而在20世纪80年代中期英国南安普顿大学掺饵(EI3+)光纤的突破，使光纤激光器更具实用性，显示出十分诱人的应用前景[1]。 与传统的固体、气体激光器相比，光纤激光器具有许多独特的优越性，例如光束质量好，体积小，重量轻，免维护，风冷却，易于操作，运行成本低，可在工业化环境下长期使用；而且加工精度高，速度快，寿命长，省能源，尤其可以智能化，自动化，柔性好[2-3]。因此，它已经在许多领域取代了传统的Y AG、CO2激光器等。 光纤激光器的输出波长范围在400~3400nm之间,可应用于：光学数据存储、光学通信、传感技术、光谱和医学应用等多种领域。目前发展较为迅速的掺光纤激光器、光纤光栅激光器、窄线宽可调谐光纤激光器以及高功率的双包层光纤激光器。 2光纤激光器的基本结构与工作原理 2.1光纤激光器的基本结构 光纤激光器主要由三部分组成：由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。光纤激光器的基本结构如图2.1所示。

浅谈反射式强度型光纤传感器

大学物理实验 光纤技术专题实验 学院 班级 学号 姓名 教师张丽梅 首次实验时间2012年9月17日

浅谈反射式强度型光纤传感器 摘要：本文通过物理实验的经历和收获和查阅相关资料，简要地论述了反射式强度型光纤传感器的工作原理，以及国内外对该类传感器研究现状，指出其存在的问题和解决方法。 关键词：反射式光纤传感器，反射面，强度调制，研究，发展趋势 1引言 通过光纤技术专题实验，我对光纤的结构和一般性质，光纤的耦合、传输及传感特性有了一定的了解，尤其是在做第三个实验“光纤传感”时，对反射式强度型光纤传感器产生了浓厚的兴趣。通过查阅资料等手段，写下了这篇浅显的论文。 2反射式强度型光纤传感器及其原理 反射式强度型光纤传感器（RIM-FOS:Reflective Intensity Modulated Fiber Optic Sensor）具有原理简单、设计灵活、价格低廉等特点，并已在许多物理量

( 如位移、转速、振动等) 的测量中获得成功应用。其结构原理如图1。 图2 与传统传感器是以机- 电测量为基础相比,，光纤传感器则以光学测量为基础。从本质上分析, 光就是一种电磁波, 其波长范围从极远红外的1nm 到极远紫外线的 10nm。电磁波 的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。因此, 在讨论光的敏感测量时必须考虑光的电矢量E 的振动。通常用下式表示:E=Asin( ωt+")

式中A—电场E 的振辐矢量; ω—光波的振动频率;"— 光的相位; t—光的传播时间。由上式可见, 只要使光 的强度、偏振态( 矢量A的方向) 、频率和相位等参量 之一随波测量状态的变化而变化, 或者受被测量调制, 那么, 我们就有可能通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位的调制等进行解调, 获得我们所需要 的被测量的信息。最简单的反射式强度型光纤传感 ( RIMFOS)由光源、发送光纤、接收光纤、反射面以及 光电探测器组成.在图一中S 为光源, D 为检测器。光 源S 发出的光经发送 光纤束全反射传播, 到达反射面( 被测物) , 射 进入接收光纤束再次全反射传播到达检测器D, 测器D 输出相应的电信号U0。 U0=f( d) 在光纤芯半径r、光纤的数值孔径NA、反射面、 检测器已确定情况下, 输出电压U0 只是位移d 的函数。所以通过分析输出电压U0, 可以得到相应位移d的数值, 这样可以实现非接触微小位移的精密测量。

光纤激光器 特点 分类

光纤激光器特点分类 光纤激光器分类特点 光纤激光器是指以光纤为基质掺入某些激活离子作做成工作物质,或者是利用光纤本身的非线性效应制作成的一类激光器.Nd2o3的光纤激光器是于1963年首先研制成功。 光纤激光器是一种新颖的有源光纤器件。它的主要特点是： （1）光纤的芯径很细（10-15um），光纤内易形成的泵浦光功率密度，且单摸状态下激光与泵浦光可充分耦合，因此光纤激光器的能量转换效率高，激光阀值低； （2）工作物质可以做的很长，因此可获得很高的总增益； （3）腔镜可直接镀在光纤端面，或采用定向耦合起方式构成谐振腔，且由于光纤具有良好的柔绕性，而可以设计成相当紧凑的激光器构型； （4）光纤基质具有很宽的荧光光谱，并且还具有相当多的可调参数和选择性，因此，光纤激光器可以获得相当宽的调谐范围和好积的单色性。 光纤激光器的类型 按照光纤材料的种类，光纤激光器可分成一下几种类型： 一：晶体光纤激光器工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和nd3+：YAG单晶光纤激光器等；二：非线性光学型光纤激光器主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器； 三：稀土类掺杂光纤激光器光纤的基质材料是玻璃，向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，而制成光纤激光器；四：塑料光纤激光器向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 光纤激光器的迅速发展是基于近年来的光纤技术{拉晶体光纤技术、稀土掺杂光纤技术、单摸低损耗光纤和光纤耦合技术等}和大功率半导体激光技术的突破性进展。特别是采用半导体激光二极管（ld）作为泵浦源，以其小体积和高效率为光纤激光器的实用化奠定了基础。 目前，光纤激光器已进入实用化阶段，已见有连续输出功率几千瓦，峰值功率几万千瓦。 半导体激光器 半导体激光器又称激光二极管(LD)。进入八十年代，人们吸收了半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOCVD及CBE等晶体生长技术新工艺，使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到原子层厚度的精度，生长出

反射式光纤传感器原理操作步骤

五、注意事项 1.不得随意摇动和插拔面板上的各种元器件，以免造成实验仪不能正常工作。 2.光纤传感器弯曲半径不得小于5㎝，以免折断。 3.旋动螺旋测微丝杆尾帽中出现咔咔声表示不能继续前进，不能超过其量程。 4.在使用过程中，出现任何异常情况，必须立即关机断电以确保安全。 5.不得用手触摸反射面，以免影响实验结果。 六、实验操作 1）光路与机械系统组装调试实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 图3 光纤传感器安装示意图 2.将发射和接收部分接入电路，探测器输出信号处理电路不接调零电路，输出端U0接入电路板上电压表。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.选择智能可调档位200mv或者2v档位。 5.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 6.关闭电源。 2）发光二极管驱动实验1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.仅仅把发射部分接入电路。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 3）光电探测器PD接收实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.仅仅把接收部分接入电路。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 4）光纤位移传感器输出信号放大处理实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.将发射和接收部分接入电路，探测器输出信号处理电路接调零电路，输出端U0接入电压表。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面某一距离后维持不动，调节增益旋钮，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 5) 光纤位移传感器输出信号误差补偿电路 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座 7

分布式反馈激光器

DFB分布式反馈激光器 091041A 谢伟超 DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。 DFB激光器将布拉格光栅集成到激光器内部的有源层中（也就是增益介质中），在谐振腔内即形成选模结构，可以实现完全单模工作。 目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓(GaSb）、砷化镓（GaAs）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。 设计和制作在高速调制下仍能保持单纵模工作的激光器是十分重要的，这类激光器统称动态单模半导体激光器。实现动态单纵模工作的最有效的方法之一，就是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，靠光栅的反馈来实现纵模选择。这种结构还能够在更宽的工作温度和工作电流范围内抑制模式跳变，实现动态单模。 分布反馈半导体激光器（DFB－LD）,在DFB－LD中，光栅分布在整个谐振腔中，所以称为分布反馈。因为采用了内部布拉格光栅选择波长，所以DFB－LD 的谐振腔损耗有明显的波长依存性，这一点决定了它在单色性和稳定性方面优于一般的F－P腔激光器。 结构及工作机理 DFB激光器的激光振荡不是靠F—P腔来实现，而是依靠沿纵向等间隔分布的光栅所形成的光耦合，如图2—81所示。

图中光栅的周期为A，称为栅距。 当电流注入激光器后，有源区内电子——空穴复合，辐射出能量相应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射。在DFB激光器的分布反馈中，此时的反射是布拉格发射，光栅的栅条间入射光和反射光的方向恰好相反。 满足上式的那些特定波长的光才会受到强烈反射，从而实现动态单纵模工作。式也称为分布反馈条件（一般m取1）。 DFB－LD的光栅是完全均匀对称的，使得其发光出现了两个主模同时振荡的现象。为了将辐射功率集中在同一主模上，同时使各振荡模式的阈值增益差增大，可以采用如下方法： （1）在光栅中引进一个2/4相移； （2）将解理面之一做成斜面或增透，造成非对称的端面反射率； （3）在有源区中靠近腔面的一小段区域上，没有布拉格光栅，形成无分布反馈的透明区； （4）对光栅周期进行适当啁啾。 引进2/4相移和不对称端面反射率两种方法较可行且有效。虽然1/4相移方法在工艺上有一定难度，但是能获得性能很好的动态单纵模。 DFB激光器的特点 与一般F—P腔激光器相比，DFB激光器具有以下两大优点，因而在目前的光纤通信系统中得到广泛应用。 （1）动态单纵模窄线宽输出 由于DFB激光器中光栅的栅距（A）很小，形成一个微型谐振腔，对波长具有良好的选择性，使主模和边模的阈值增益相对较大，从而得到比F—P腔激光器窄很多的线宽，并能保持动态单纵模输出。 （2）波长稳定性好 由于DFB激光器内的光栅有助于锁定给定的波长，其温度漂移约为0.8?/℃，比F—P腔激光器要好得多。 尽管DFB激光器有很多优点，但并非尽善尽美。例如，为了制作光栅， DFB 激光器需要复杂的二次外延生长工艺，在制造出光栅沟槽之后由于二次外延的回熔，可能吃掉已形成的光栅，致使光栅变得残缺不全，导致谐振腔内的散射损耗增加，从而使激光器的内量子效率降低。此外， DFB激光器的震荡频率偏离Bragg 频率，故其阈值增益较高。

光纤传感器技术简介

光纤传感器技术简介 摘要：光纤传感器技术经过二十多年的研发阶段，已经步入了实用阶段。光纤传感器特有的优点以及广泛的种类使其具备了替代传统传感器的能力。通过环境变量对光纤中传输光束强度、相位、偏振、光谱等光学特性的调制，使光纤传感器能够在远距离监控恶劣环境中系统的温度、应力、电流等不同的物理量。光纤在这个过程中同时起到了信号传感和传输的作用。光纤传感技术在工业，生物，工程，智能结构，人居生活等方面都有广阔的应用前景。本文旨在为读者介绍光纤传感器技术和它的一些应用领域。 关键词： 光纤传感器; 调制型光纤传感器; 分布式传感器; 传感器的应用 An Introduction to Fiber Optic Sensor Technology Liu Wj Abstract: The technology of fiber optic sensor has entered the stage of practical application after the past decades’ development. Fiber optic sensors, with their unique advantages and a wide range of types, have the ability to displace traditional sensors. Fiber optic sensor technology offers the possibility of sensing different parameters like strain, temperature, pressure in harsh environment and remote locations. These kinds of sensors modulate some features of the light wave in an optical fiber such an intensity and phase or use optical fiber as a medium for transmitting the measurement information. This paper is an introduction to fiber optic sensor technology and some of the applications that make this branch of optic technology, which is still in its early infancy, an interesting field. Key words: Fiber optic sensors; modulation based fiber optic sensors; distributed sensors; sensor applications 0引言 光电子学和光纤通信的进步带来了许多新的产业的革命，光纤不仅可以作为一种传输介质，同时也可以用来设计传感系统。利用光纤作为传感元件，或者通过光纤来和传感元件联系的技术都包含在光纤传感器技术的范畴内，光纤传感器技术现在已经是光纤技术中的一个重要分支。光纤质量轻、体积小、电绝缘、耐高温、多参量测量、抗电磁干扰能力强。同时光纤具有传光特性，无需其他介质就能把待测量值与光纤内光特性变化联系起来，集信息传感和传输与一体，容易组成光纤传感网络。这些都使它拥有了其它电子传感器件不具备的优势。

分布反馈式半导体激光器

分布反馈式半导体激光器 半导体激光器及其应用调研报告课程题目分布反馈式半导体激光器在实际工程系统中的应用学院光电技术学院班级电科一班姓名李俊锋学号2010031029 任课教师张翔2013年 5 月15 日分布反馈式半导体激光器在实际工程系统中的应用李俊锋2010031029 摘要：DFB (Distributed Feed Back) DFB型光发射机，分布反馈半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展、半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广，其的出现带来了巨大的变化，使科技更发达，

人们生活更加丰富多彩，应用范围遍及医学、科技、航天交通，通信等各个领域。自从1962 年世界上第一台半导体激光器(Diode Laser)发明问世以来, 于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一. 四十几年来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中, 不断扩大应用范围, 进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域。关键字:DFB、工作波长、边模抑制比、阈值电流、输出光功率一、分布反馈式半导体激光器简介1、分布反馈式半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质的能带之间,或者半导体物质的能带与杂质能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发

射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是GaAS,InAS,Insb等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅，属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓、砷化镓、磷化铟、硫化锌等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性，它

反射式光纤位移传感器实验

反射式光纤位移传感器实验报告 一、实验内容 1、按照光路图搭建各类光学元件 2、用螺丝固定两侧推平移平台，侧推平移台装在滑块上，然后采用 FC=FC对接法兰连接半导体激光输出接口与塑料反射式传感光纤，塑 料反射式光鲜FC端口与功率计感应端口通过光纤法兰座固定。 3、塑料反射式传感光纤螺纹端夹持固定可调棱镜支架中，并调节可调 棱镜支架的调节旋钮使出射的光路与导轨平行。 4、调节反射镜与反射式光纤跳线之间距离，使得反射端紧贴反射镜， 调节旋钮使得反射光与入射光重合达到反射镜与光路垂直，直到显示 的功率接近0值。 5、固定反射镜与可调棱镜的位置，旋转沿光轴方向（导轨方向）xuan 转侧推平移台尺杆，使反射镜远离光纤发光端，并记录位移-功率值数 据并绘制实验图，在曲线图中线性最好的那一段可作为实际位移传感 器应用。 二、实验结果 三、实验分析 如图，线性较好的第一段（即位移在0-0.3mm间）满足线性化，可作为实际位移传感应用。反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电

转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。

分布反馈式半导体激光器

半导体激光器及其应用调研报告 课程题目分布反馈式半导体激光器 在实际工程系统中的应用 学院光电技术学院 班级电科一班 姓名李俊锋 学号 2010031029 任课教师张翔 2013年 5 月 15 日

分布反馈式半导体激光器在实际工程系统中的应用 李俊锋2010031029 摘要：DFB (Distributed Feed Back) DFB型光发射机，分布反馈（激光器）半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展、半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广，其的出现带来了巨大的变化，使科技更发达，人们生活更加丰富多彩，应用范围遍及医学、科技、航天交通，通信等各个领域。自从1962 年世界上第一台半导体激光器(Diode Laser)发明问世以来, 由于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一. 四十几年来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中, 不断扩大应用范围, 进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域。 关键字:DFB、工作波长、边模抑制比、阈值电流、输出光功率 一、分布反馈式半导体激光器简介 1、分布反馈式半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质 的能带之间,或者半导体物质的能带与杂质能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高 能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS,InAS,Insb等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高 能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓、砷化镓、磷化铟、硫化锌等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。 2、分布反馈式半导体激光器的主要参数：a.工作波长：激光器发出光谱的中心波长。b.边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。 c.-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。 d.阈值电流：当器件工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。 e.输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。

DFB光纤激光器国内外发展状况

我国国内光纤激光器目前己经得到一定程度的发展，国内的一些单位如上海光机所、清华大学、北京邮电大学、华中科技大学、中国科技大学、天津大学等从八十年代末进入光纤激光器的研究领域，经过努力获得了一定进展。国内开展光纤激光器和放大器方面的研究是从80 年代末和90 年代初开始的，首先在上海硅酸盐研究所、天津46 所、上海光机所、西安光机所、清华大学、北京邮电大学等国内多见科研单位开展了掺饵光纤的研制及光纤激光器的研究，并取得了阶段性的成果[l5] 。南开大学、上海光学精密机械研究所在双包层光纤布拉格(Bragg)光栅激光器方面取得了开创性成果[16],烽火通信科技股份有限公司与上海光 机所于2005 年合作，顺利研制出输出功率高达440W 的掺臆双包层光纤激光器[17]，随后中国兵器装备研究院报道了突破IKW 功率的光纤激光器，清华大学在多波长光纤激光器和锁模脉冲光纤激光器方面做了很多有进展性的工作[ 1 8-20] ，总体来说，由于国内光纤激光器的研究受到基础条件方面的制约，同国际的研究水平还有相当大的差距。国外有多个研究机构人员对DBR 和DFB 光纤激光器开展了全面的研究。其中G.A.Ball 所在的EastHartford 联合科技研究中心最先开展了将光栅直接写在掺杂光纤上形成腔结构，泵浦光源通过WDM 对 其进行泵浦而得到激光输出，从而实现所谓DBR 型光纤激光器[21-23] 。由于作为干涉光源以及传感等应用的背景，对单频操作DBR 的研究广泛的开展起来。利用短腔长高掺杂的DBR 、复合腔结构或DFB 结构等来实现稳定的单频操作一一被提出来。Sigurd 所在的澳大利亚的CRC 光子中心对DFB 光纤激光器进行了动态和多波长操作分析[24-25] ，同时探讨了利用DFB 光纤激光器对声响应的情况，并测试了DFB 光纤激光器对空气中声场的响应;Scott 所在的澳大利亚的国防科学科技组织从理论到实验研究了DFB 光纤激光器的空间模结构和 动态噪声[26-27] ，希望实现基于DFB 光纤激光器的水听器;英国的那安普顿大学的Kuthan 等人从理论上提出了改变DFB 光纤激光器对称结构从而实现提高输出效率降低泵浦域值目的[28] ，同时研究了混合掺杂的DFB 光纤激光器[29]，同样希望将其应用于传感领域。在20 世纪90 年代，世界范围的光纤传感技术呈现出产业化发展的趋势，主要形成了军事和民用两大应用领域，其中包括:国土安全防卫系统、工业安全检测系统以及用于石油化工、生物医学和环境等领域的光纤检测系统。在此同时光纤激光传感技术也开始形成，在1995 年，美国海军实验室的K.P.Koo 等人[30]首次将光纤激光器应用到光纤传感领域，这不仅推动了光纤传感技术的发展，而且标准着光纤激光传感技术的诞生。在此之后许多机构对光纤激光传感技术就开始了深入的研究，并且积极的拓展其应用的领域，如美国海军实验室(NRL) 、英国国防研究局(DERA) 、澳大利亚国防科学与技术组织(DSTO) 和美国利通资源勘探仪器公司(Litto n)等。自从19%年起英国国防研究局(DERA)联合Ast on大学和Kent大学开展了光纤激光水听器的研究[31]，并于2005年报道了8 点光纤激光水听器波分复用技术[32];2006 年澳大利亚国防科学与技术组织(DSTO) 报道的最大规模的单纤16点波分复用光纤激光传感器阵列[33];2007 年美国G.H.Ames 等报道了DFB 光纤激光加速度计[34];2008 年美国海军实验室G.A.Cranch 等报道了DFB 光纤激光磁力计[35] 可以应用于海底微弱磁场的探测。近年来国内光纤传感技术己经进入了工程应用的阶段，并且在光纤激光传感技术方面也取得了一些研究成果。 2011.3.1 DFB 光纤激光器作为本文研究的重点，下面对它的研究进展作一个简要介绍。1972 年美国贝尔实验

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