超窄线宽光纤激光器关键技术及在光纤传感技术中的应用

生卫东

(NKT Photonics，丹麦，3460)

摘要：介绍了一种基于DFB技术的单频光纤激光器。独特的分布式光栅谐振腔设计使激光器的输出具有超窄线宽及超低相位噪音及幅度噪音特性，并具备通过PZT对波长快速调谐及通过温度进行大范围波长调谐的功能。激光器波长包含1μm和1.5μm两个波段。同时介绍了该激光器在光纤传感领域的应用，如石油及天然气管道监测及周界安防，通过检测地震波进行海上石油探测及海岸线安全防卫，及多普勒激光雷达等。

关键词：超窄线宽光纤激光器; DFB光纤激光器;光纤传感

用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统

第43卷第3期红外与激光工程2014年3月Vol.43No.3Infrared and Laser Engineering Mar.2014 用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统曹辉1,2，杨一凤1，刘尚波1，徐金涛1，赵卫1 (1.中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西西安710119； 2.中国科学院大学，北京100049) 摘要：为减小高压电网中光纤电流传感器超辐射发光二极管(super luminescent diode，SLD)光源温度特性对测量准确度的影响，提出了一种模拟温度控制系统对光源温度进行恒温控制。根据设计要求，介绍了各重要环节的设计过程。分析了通过搭建合适的温度采集电桥，可以得到与温度近似成线性关系的输出差分信号。在频域上建立了系统的数学模型，计算了系统的传递函数，得到了比例-积分-微分(proportional鄄integral鄄derivative，PID)控制器各参数对时域上输出的影响。在实验室中搭建了用于光纤电流传感器SLD光源的温控系统，对温控系统进行了定温与温度循环实验，实验结果表明：该控制系统可以实现对温度的实时控制，使光纤电流传感器测量准确度满足0.2级工业要求。关键词：光纤电流传感器；超辐射发光二极管光源；实时温度控制；传递函数；PID控制器中图分类号：TN21文献标志码：A文章编号：1007-2276(2014)03-0920-07 Temperature control system for SLD optical source of FOCS Cao Hui1,2,Yang Yifeng1,Liu Shangbo1,Xu Jintao1,Zhao Wei1 (1.State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics,Xi′an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi′an710119,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China) Abstract:To lower the influence of optical source temperature property on the precision of fiber optic current sensor(FOCS)in high voltage grid,an analog temperature control system was proposed to control the optical source working temperature.According to the designed goal,design process of each key section was introduced.A proper temperature signal bridge was analyzed which could obtain a linear relationship between the output differential voltage and temperature.The mathematical model of the system was established in the frequency domain;the transfer function of the system was calculated;and the parameters of proportional鄄integral鄄derivative(PID)controller were analyzed in the time domain.A temperature controller used for FOCS super luminescent diode(SLD)optical source was designed,which was verified by fixed temperature test and temperature cycle test.The results show that by means of the real time temperature control,the accuracy of FOCS is up to0.2level which reaches industry requirements. Key words:fiber optic current sensor(FOCS);super luminescent diode(SLD)optical source; real time temperature control;transfer function;PID controller 收稿日期：2013-07-09；修订日期：2013-08-23 作者简介：曹辉(1989-)，男，硕士生，主要从事光电测量技术及其在电力系统中的应用。Email:caohui@https://www.360docs.net/doc/ba9951677.html, 导师简介：徐金涛（1979-），男，副研究员，硕士，主要从事光纤电流互传感器的研制及其在智能电网中的应用研究。 Email:xujintao@https://www.360docs.net/doc/ba9951677.html,

新型光纤电流传感器及其应用

新型光纤电流传感器及其应用电流测量在很多领域均有着广泛的应用,如工业中的电力传输、军事上的船舰全电推进以及科研应用中的超短脉冲电流监测等,都会涉及到电流测量。随着科技的发展,对各类电流信号的测量需求也在不断提升,传统的电磁式电流互感器暴露出瞬态响应差、易饱和、绝缘困难以及随着电压等级提高而产生的运行成本过高等缺陷,而基于法拉第磁光效应的光学电流传感器可以很好的克服这些缺陷,表现出的很大的应用潜力,其中尤以光纤电流传感器(Fiber Optical Current Sensor,简称FOCS)优势最为明显,它采用闭合光路设计,其相比于传统的电流互感器不仅具有不受外界电磁干扰的特性,而且兼具测量动态范围大、电气绝缘性好、体积小、重量轻等优势,可覆盖不同领域的电流测量需求,已受到越来越受到广泛地关注。结合国内外研究发展现状,分析了各类电流传感器的优缺点,并提出一种基于偏振调制型原理的新型全光纤电流传感器,它采用与干涉型光纤电流传感器相同的闭合光路设计,但无需额外的光信号调制,其测量精度可满足一般工程应用要求,因此有很大的成本优势。文中对其光路和算法设计进行了阐述并搭建了试验样机。立足实际工程应用,并以工频电流测量和雷电防护两个应用方向为研究对象展开工作,首先对通过调整反射镜的位置和对系统进行零偏补偿使其闭环误差和系统零偏误差满足应用需求,随后以解决全光纤电流传感器实际工程应用的典型技术难点——易受温度影响为目的,对其复杂的非线性温度特性做了详细分析,并通过BP神经网络强大的非线性映射性能对变温实验中传感光纤线圈的变比系数与对应温度数据进行非线性拟合,利用获得的温度补偿曲线对其进行在线温度补偿,使这种新型的全光纤电流传感器在-5℃~+50℃温度范围内达到国标中规定的0.5级要求。最后,从实际工程应用出发,结合该传感器的快速响应优势,将其应用于雷电防护测量。试验中以Pearson电流传感器测量结果作为参考基准,使用新型全光纤电流传感器对8/20μs雷电流进行准确、快速的全波实时波形测量,通过软件及硬件优化,使其在2kA~1500kA雷电流范围内满足工业应用需求。

1550nm窄线宽激光器

1550nm窄线宽激光器 1550nm窄线宽采用蝶形封装，内置背光PD、隔离器、TEC和热敏电阻,输出功率可达60mW以上。线宽30K-2MHZ可选。具有低工作电流,高效率,高稳定性的特点。与我公司提供的配套驱动电路一起使用,可以获得高稳定性窄线宽激光光源。图片仅供参考,尺寸以实物为准,我公司（深圳市飞博源光电）热忱为您提供,具体性能指标见每支设备参数. 特点 ·窄线宽·高稳定性 ·高效率·蝶形封装 ·内置监视器·内置TEC 1热敏电阻 8接地 2热敏电阻 9接地 3LD负极(-)10无 4监视器正极(+)11激光器正极，接地 5监视器负极(-)12激光器RF 6TEC(+)13激光器正极，接地 7TEC(-)14无性能指标参数符号测试条件最小典型最大单位光学输出功率PO CW40??mW

波长Pf=40mW，CW1540-1560nm 线宽 (-3dB 宽度) Pf=40mW，CW (FOL15DCWD-A**-B) --2MHz 边模抑制比SMSR Pf=40mW，CW3545dB 光隔离度Iso-25--dB 相对强度躁声RIN Pf=40mW，CW， OpRL<-25dB*2)， 100MHz

基于法拉第效应的光纤电流传感器

基于法拉第效应的光纤电流传感器摘要：光纤电流传感器是一种新型的电流传感器，与电磁式电流互感器相比，基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器(OFCT)，具有无铁心、绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象，输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。这些优点既满足、推动了电力系统的发展，而且应用前景十分广阔。光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新兴电力计量装置，它通过测量光波在通过磁光材料时其偏振面由于电流产生的磁场的作用而发生旋转的角度来确定被测电流的大小。传感头是光纤电流传感器最为重要和关键的部件。分析了全光纤型和混合型光纤电流传感器传感头的结构和工作原理，对改进光纤电流传感器的设计，提高光纤电流传感器的性能具有重要的指导作用。关键词：光纤电流传感器、光纤回转仪、法拉第磁光效应

正文：近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 1、光纤传感器概述光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。光纤传感器灵敏度较高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。所以说光纤传感器可以很好的用于磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。 2、光纤电流传感器 2.1光纤电流传感器概述光纤电流传感器是一种新型的电流传感器，与电磁式电流互感器相比，基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器(OFCT)，具有无铁心、绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象，输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。这些优点既满足、推动了电力系统的发展，而且应用前景十分广阔。当线偏振光（见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l 的乘积成正比，即ψ＝VBl，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应。1845年由M.法拉第发现。由于光在光纤中，一边反射，一边行进，偏振波相应于曲线的形状会出现旋转。针对此现象，在光纤的一端设置一块镜面导致光纤中光线的往返，借助光的来回往返，成功补偿和解决了偏振波的旋转问题。将铅玻璃光纤用于传感器元件，并结合利用镜面的方法，只需把光纤卷绕在载流导体上，用于电流计测的反射型传感器就基本完成。其次，开发了调制程度的平均处理与信号处理方式，这有利于特性的稳定及噪音的抑制。此外，对光源、受光元件、信号传输光纤等种类与传感器特性的关系进行了研究，

光纤传感器应用

光纤传感技术的应用在机械、电子仪器仪表、航天航空、石油、化工、生物医学、环保、电力、冶金、交通运输、轻纺、食品等国民经济各领域的生产过程自动控制、在线检测、故障诊断、安全报警以及军事等方面有着广泛的应用。 1 光纤传感器的特征光纤传感器系统按照在传感器中的作用分为两种类型：功能型和非功能型。功能型光纤传感器光纤不仅起传光作用，而且是敏感元件，非功能型光学传感器中，光纤不是敏感元件。描述光波特征的参量很多（如光强、波长、相位、振幅态和模式分布等），这些参量在光纤传输中都可能受外界影响而发生变化。如当温度、压力、加速度、电压、电流、位移、振动、转动、弯曲、应变以及化学量和物理量等对光路产生影响时，均使这些参量发生相应变化，光纤传感器就是根据这些参量随外界因素的变化关系来检测各相应物理量的大小。光纤传感器由光源、传输光纤、光电元件等部分组成。其中光源是光纤传感器的重要组成部件，目前常用的有白炽灯，激光器和发光二极管。光电元件多用半导体光电二极管。与其它常规传感器相比，光纤传感器有如下特点：（1）高灵敏度，抗电磁干扰。由于光纤传感器检测系统不传送电信号，因此，光信号在中不会与电磁波发生作用，也不受任何电噪声的影响，由于这一特征，光纤传感器在电力系统的检测中得到了广泛应用。（2）频带宽、动态范围大。（3）可根据实际需要做成各种形状。（4）可以用很近似的技术基础构成传感不同物理量的传感器，这些物理量包括声场、磁场、压力、温度、加速度、位移、液位、流量、电流、辐射等；（5）便于与计算机和光纤系统相连，易于实现系统的遥测和控制。（6）结构简单、体积小、质量轻、耗能小。正由于它的这些优点，其应用领域非常广阔市场前景也比较广。 2 国内外光纤传感器的发展情况美国是最早研制光纤传感器并投资最大的国家并且取得很大成就。从1977开始由美国海军研究所主持的光纤传感器系统共有5个公司参加，主要研究方向是水声器、磁强计和其它水下检测有关设备。1980年开始研究，1984年进行飞行实验的现代数字光纤控制系统（ADOSS），采用光纤译码的光纤传感器系统代替直升飞机驾驶员的控制，最终将实现用光纤液压传动系统代替电源。另外，光纤陀螺（FOG）计划、核辐射监控（NRM）计划、飞机发动机监控（AEM）计划、民用研究计划（CRP）使光纤传感器技术迅猛发展，在军事、民用、电力、监控、桥梁、医学生物检测等方面得到广泛应用。 3 光纤传感器的应用光纤传感器的应用非常广泛，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活。在现代信息社会中，传感器技术迅猛发展，其中光纤传感器以其独特的优点应用非常广泛，包括工业、军事、医疗、通讯、过程控制以及恶劣环境下物理量的测量，如光纤传感器在石油领域中的应用、光纤传感器在军事领域的应用、光纤传感器在医学中的应用、光纤传感器在土木工程中的应用、光纤传感器在环境监控中的应用、光纤传感器在飞机上的应用、在电力系统上的应用、光纤传感器的发展动态与研究方面等。“中国2010年远景规划”已将传感器列为重点发展的产业之一，随着我国加入世界贸易组织，传感器的市场需求和发展空间的潜力是非常大的。可以预见，随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将在海洋、化工、水利电力等各个领域显示其应用活力。

一文深度了解光纤传感器的应用场景

一文深度了解光纤传感器的应用场景文| 传感器技术（WW_CGQJS）光纤传感器与测量技术是当今传感器技术领域新的发展引应用，其测量用的光纤传感器有很多种类，有很多种工作方式。国内市场上光纤传感器应用主要在以下四种：光纤陀螺、光纤光栅传感器、光纤电流传感器和光纤水听器。下面对这四种产品分别介绍一下。光纤传感器应用种类一、光纤陀螺。光纤陀螺按原理可分为干涉型、谐振型和布里渊型，这是三代光纤陀螺的代表。第一代干涉型光纤陀螺，目前该项技术已经成熟，适合进行批量生产和商品化；第二代谐振型光纤陀螺，暂时还处于实验室研究向实用化推进的发展阶段；第三代布里渊型，它还处于理论研究阶段。光纤陀螺结构根据所采用的光学元件有三种实现方法：小型分立元件系统、全光纤系统和集成光学元件系统。目前分立光学元件技术已经基本退出，全光纤系统用在开环低精度、低成本的光纤陀螺中，集成光学器件陀螺由于其工艺简单、总体重复性好、成本低，所以在高精度光纤陀螺很受欢迎，是其主要实现方法。二、光纤光栅传感器目前国内外传感器领域的研究热点之一光纤布拉格光栅传感器。传统光纤传感器基本上可分为两种类型：光强型和干

涉型。光强型传感器的缺点在于光源不稳定，而且光纤损耗和探测器容易老化；干涉型传感器由于要求两路干涉光的光强同等，所以需要固定参考点而导致应用不方便。目前开发的以光纤布拉格光栅为主的光纤光栅传感器可以避免出现上面两种情况，其传感信号为波长调制、复用能力强。在建筑健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等应用中，光纤光栅传感器是最理想的灵敏元件。光纤光栅传感器在地球动力学、航天器、电力工业和化学传感中有广泛的应用。三、光纤电流传感器电力工业的迅猛发展带动电力传输系统容量不断增加，运行电压等级也越来越高，电流也越来越大，这样测量起来就非常困难，这就显现出光纤电流传感器的优点了。在电力系统中，传统的用来测量电流的传感器是以电磁感应为基础，这就存在以下缺点：它容易爆炸以至引起灾难性事故；大故障电流会造成铁芯磁饱和；铁芯发生共振效应；频率响应慢；测量精度低；信号易受干扰；体积重量大、价格昂贵等等，已经很难满足新一代数字电力网的发展需要。这个时候光纤电流传感器应运而生。四、光纤水听器光纤水听器主要用来测量水下声信号，它通过高灵敏度的光纤相干检测，将水声信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统进行识别。与传统水听器相比，光纤水听器具有

窄线宽可调谐半导体激光器

第32卷　第2期南开大学学报(自然科学) V ol.32　№21999年6月A cta Scientiar um N atur alium U niv er sitatis N ank aiensis Jun.1999窄线宽可调谐半导体激光器 *a 吕福云　刘玉洁　袁树忠　魏振兴　李　加　张光寅 (南开大学物理科学学院,天津,300071)(教育部光学信息技术科学开放研究实验室,天津,300071) 摘要研究了一种利用光栅弱耦合外腔改善可见光半导体激光器性能的方法,并对650nm 半导体激光器进行了实验,外腔镜由一个闪耀光栅构成,通过转动光栅角度,获得了窄线宽单模激光输出,谱线宽度0.1pm,线宽压窄比达9800,边模抑制比>20,并且在约20nm 的荧光谱宽基础上得到约5nm 波长的连续调谐范围. 关键词:弱耦合;可调谐半导体激光器;窄线宽 0　引言目前普遍采用内腔和外腔两类调谐技术.而外腔调谐是较为广泛采用的一种方法,它在现有普通半导体激光器的基础上,通过外腔选模压窄线宽,得到较好的输出特性,且具有灵活可行和调谐效果好的特点.以前国内外外腔调谐的研究大多集中在光纤通信窗口,即研究1350～1560nm 附近的波长调谐技术,且获得了较理想的结果[1,2] .本文把外腔调谐技术推广到研究可见光波段的半导体激光器,实验中采用了650nm 的半导体激光器,它在原子吸收监测系统及喇曼谱仪等技术中具有很强的应用背景 . 图1　半导体激光器外腔调谐示意图 Fig 1Scheme of the external -cavity semiconductor laser 常见外腔调谐技术包括两种方式,即强耦合和弱耦合方式.前者指通过对半导体激光器出光端面镀增透(AR)膜等手段,使得外腔镜的反射率大于出光端面的反射率,从而使外腔反馈占主要地位;后者则不对激光器出光端面镀增透膜,使内腔反馈仍占较为主要的地位.两种情况都能有效地压窄激光线宽,而强耦合情形的调谐范围更大,弱耦合情形则更为灵活方便.1　实验装置和调谐原理外腔调谐的装置结构如图1所示.半导体激光器的输出光经透镜组准直后获得水平的平行光,入射到光栅外腔上,经光栅分光,将一级衍射反馈回激光器有源区,与有源区内光场相互作用,造成各纵模间的增益差,增益较大,满足激光激发条件的纵模起振激发,而增益较小的模式就被损耗掉.通过改变光栅外腔反馈光的波长,就可获得不同波长的激光输出,从而实现波长调谐.此外,由于半导体激光器的谱线宽度满足[3]a 收稿日期:1998-10-05 *攀登计划B 项目

光纤电流传感器

引言近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 1 光纤电流传感器 1.1 光纤电流传感器概述光纤电流传感器是一种新型的电流传感器，与电磁式电流互感器相比，基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器（OFCT），具有无铁心、绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象，输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。这些优点既满足、推动了电力系统的发展，而且应用前景十分广阔。当线偏振光（见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ＝VBl，比例系数V 称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应。1845年由M.法拉第发现。由于光在光纤中，一边反射，一边行进，偏振波相应于曲线的形状会出现旋转。针对此现象，在光纤的一端设置一块镜面导致光纤中光线的往返，借助光的来回往返，成功补偿和解决了偏振波的旋转问题。将铅玻璃光纤用于传感器元件，并结合利用镜面的方法，只需把光纤卷绕在载流导体上，用于电流计测的反射型传感器就基本完成。其次，开发了调制程度的平均处理与信号处理方式，这有利于特性的稳定及噪音的抑制。此外，对光源、受光元件、信号传输光纤等种类与传感器特性的关系进行了研究，而且，慎重选择了旨在降低成本和实现小型化的传感器制作技术。目前，光纤传感器技术正朝实用化的方向进展，以适应电力系统的广泛需求。 1.2 光纤电流传感器的结构光纤电流传感器主要由传感头、输送与接收光纤、电子回路等三部分组成，如图1所示。传感头包含载流导体，绕于载流导体上的传感光纤，以及起偏镜、检偏镜等光学部件。电子回路则有光源、受光元件、信号处理电路等。从传感头有无电源的角度，可分为无源式和有源式两类。

窄线宽光纤激光器的应用

窄线宽光纤激光器的应用单频光纤激光器具有线宽超窄、频率可调、相干长度超长以及噪声超低等独特性能，借用微波雷达上的FMCW技术可对超远距离的目标进行超高精度的相干探测，从而会改变市场对光纤传感、激光雷达和激光测距等固有观念，继续把激光器应用革命进行到底。光库通讯提供的单频光纤激光器拥有世界上独一无二的美国专利技术，可以十分低地成本解决激光光束质量和激光功率的矛盾，从而研制出了该款极具竞争优势的单频可调光纤激光器。关键词：5cm腔长 FMCW 混频相干探测 AFR光纤激光器的特点光库通讯提供的1550nm光纤激光器最大的特点就是线宽超窄至2Khz，频率稳定性好于10Mhz，具有超长相干长度和超低噪声，就是比世界上最好的DFB激光器都高出2个数量级。该款激光器输出功率可达150mW，边模抑制比高于50dB，热调协范围20Ghz，同时兼备50Mhz/V的线性PZT调制功能。除了对人眼安全的1550nm激光器外，光库通讯还提供同样性能的1000nm左右的光纤激光器，同时2000nm 的光纤激光器也正在计划之中。将来，光库通讯还会推出波长覆盖1000-1550nm全光纤化的单频、高功率脉冲光纤激光器。欢迎您的关注。核心技术请见图1为我们激光器的结构图，激光器腔由左右两端的光纤光栅和中间极短的有源光纤组成。该设计方案充分利用了我们美国合作方的专利技术，高浓度、铒/镱离子共掺有源光纤可以确保我们的激光器的腔长度少于5cm，这是传统光纤技术所不可能完成的任务！如此短的腔长极合适超高稳定性和跳模自由的单频激光工作。该种激光器的线宽典型值为2Khz，而且都是线偏光输出。结构紧凑和高稳定性能的光纤激光器就可以在如此短的激光腔基础上完成制作。图1：激光器结构在光纤传感中的应用光库通讯的超窄线宽光纤激光器可以应用于分布式光纤传感系统，对远至10公里的目标进行探测、定位和分类。它的基本应用原理就是频率调制连续波技术（FMCW），该技术能为核电站，石油/天然气管道，军事基地以及国防边界提供低成本的、全分布式的传感安全保护。在FMCW技术中，激光输出频率围绕它的中心频率不断变化，而激光的一部分光被耦合进一个有固定反射率的参考臂中，在外差相干探测系统中，该参考臂就充当了一个本地振荡器（LO）的作用。充当传感作用的是另一跟很长的光纤，请见图2。从传感光纤反射回来的激光与来自本地振荡器的参考光一起混合产生一个光拍频，该频率与它所经历的时间延迟差相对应。传感光纤上的远处信息就可以通过测量光谱分析仪上的光电流的拍频来获取。传感光纤上的分布式反射可以是最简单的瑞利后向散射。通过这种相干探测技术，

窄线宽可调谐半导体激光器的驱动电路

盐城师范学院毕业论文 (2011－2012学年度) 物电学院电子信息工程专业班级08（3）学号08223129 课题名称窄线宽可调谐半导体激光器的驱动电路学生姓名蒋峰指导教师沈法华

2012年5月20日

目录 1、绪论 (4) 2、工作原理 (5) 2.1半导体激光器原理 (5) 2.2窄线宽原理 (7) 2.3可调谐原理 (9) 2.3.1 基于电流控制技术 (9) 2.3.2 基于机械控制技术 (10) 2.3.3 基于温度控制技术 (10) 3、特性参数 (10) 3.1工作波长 (10) 3.2光谱宽度 (11) 3.3功率特性 (11) 3.3.1 小功率 (11) 3.3.2 高功率 (11) 3.4频率稳定性 (12) 4、可调谐半导体激光器的高精密驱动电源与稳频电路设计 (12) 4.1半导体激光器电路设计原理与实现 (12) 4.1.1 半导体激光器驱动方式简介 (12) 4.1.2 电路设计指标 (13) 4.1.3 驱动电路设计 (14) 4.2控温电路的设计与实现 (15) 4.2.1 基准采样电路 (15) 4.2.2 差分放大电路 (15) 4.2.3 自动控制电路 (15) 4.3控流电路的设计与实现 (16) 4.4微分稳频电路的设计与实现 (16) 总结 .................................................................................................. 错误！未定义书签。致谢 . (18) 参考文献 (18)

光纤传感器的基本原理及在医学上的应用

２００8年9月中国医学物理学杂志Sep ．,２００8 第２5卷第5期ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．25．Ｎｏ．5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用孙素梅1，陈洪耀2，3，尹国盛2（1.漯河医学高等专科学校，河南漯河462000；2.河南大学物理与电子学院，河南开封 475004；3.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031）摘要：目的：本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类，重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、ｐＨ值等五方面的应用。方法：光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。结果：目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点：小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束，就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后，扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的，且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时，血管镜可提供很多重要的信息，用以引导激光辐射的方向，选择激光的能量和持续时间，并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断，也正进入治疗领域中，例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径，但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制，而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测，从而使温度不致于过高杀死人体的正常细胞，也不会过低达不到治疗目的，使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论：光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用，为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。关键词：光纤传感器；测量；医学；应用中图分类号：Ｒ３１２文献标识码：Ａ文章编号：1005-202X （2008）05-0846-05 The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors ＳＵＮＳｕ－ｍｅｉ１，ＣＨＥＮＨｏｎｇ－ｙａｏ２，３，ＹＩＮＧｕｏ－ｓｈｅｎｇ２（１．ＬｕｏｈｅＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｕｏｈｅＨｅ＇ｎａｎ４６２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅ＇ｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫａｉｆｅｎｇＨｅ＇ｎａｎ４７５００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＡｎ＇ｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Objective:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｍｅｄｉｃａｌｉｎｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｆｌｏｗ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅｅｔｃ．Method:Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｓｅｎｄｓｏｕｔｔｈｅｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅｓｅｎｄｓｉｎａｆｔｅｒｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｉｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｗｉｔｈｅｎｔｅｒｓｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｔｈｅｌｉｇｈｔｔｏａｆｆｅｃｔｍｕｔｕａｌｌｙ，ｃａｕｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｐｈａｓｅ，ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｃｃｕｒｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｏｔｈｅｓｉｇｎａｌｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｍｏｄｕｌａｔｅｓ，ａｇａｉｎｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｓｅｎｄｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｂｔａｉｎｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｍａｙｄｉｖｉｄｅｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ：ｏｎｅｋｉｎｄｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ；ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ．Result:Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃｉｎｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｒｅ：ｅｘｑｕｉｓｉｔｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｎｏｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓh ｉｇｈ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐａｒｔｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｏｎｌｙｔｉｅａｐｌｅｎｔｙｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓ，ｗｅｃｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐａｃｅ收稿日期：2008-03-10 作者简介：孙素梅（1954-），女，漯河医学高等专科学校物理教研室副教授。Tel ：0395-296452713939575106；E -mail ： sunsumei2007@https://www.360docs.net/doc/ba9951677.html, 。 846--

光纤传感器原理与应用

光纤传感器原理与应用 1 引言传感器技术、通信技术、计算机技术是现代信息技术的三大支柱，传感器作为探测与获取外界信息的重要环节之一而被应用于工业、农业及军事等各个领域。近20多年来，光纤传感器的发展则大有取代传统传感器的趋势。光纤传感器是光通信和集成光学技术发展的结晶，与以往的传感器不同，它将被测信号的状态以光学的形式取出[1]。光信号不仅能被人所直接感知，利用半导体二极管等小型简单元件还可以进行光电、光学转换，极易与一些电子装备相匹配。此外，光纤不仅是一种敏感元件，还是一种优良的低损耗传输线，因此，光纤传感器还可以用于传统的传感器所不适用的远距离测量。自从20世纪70年代末光纤传感器诞生以来，便由于其具有的防火、防爆、精度高、损耗低、体积小、重量轻、寿命长、性价比高、复用性好、响应速度快、抗电磁干扰、频带范围宽、动态范围大、易与光纤传输系统组成遥测网络等优点而被广泛地应用于各行各业。随着对其研究的不断深入，光纤传感器势必会对科学研究、国民生产、日常生活等诸多领域产生深远影响。 2 光纤传感器基本构成及原理光纤传感器由光源、入射光纤、出射光纤、光调制器、光探测器以及解调制器组成。其基本原理是将光源的光经入射光纤送人调制区，光在调制区内与外界被测参数相互作用，使光的光学性质(如强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化而成为被调制的信号光，再经出射光纤送入光探测器、解调器而获得被测参数。光纤传感器按传感原理可分为两类：一类是传光型(非功能型)传感器[2]，另一类是传感型(功能型)传感器[3]。在传光型光纤传感器中，光纤仅作为光的传输媒质，对被测信号的感觉是靠其它敏感元件来完成的，这种传感器中出射光纤和入射光纤是不连续的，两者之间的调制器是光谱变化的敏感元件或其它性质的敏感元件。在传感型光纤传感器中光纤兼有对被测信号的敏感及光信号的传输作用，将信号的“感”和“传” 合而为一，因此这类传感器中光纤是连续的。

1550nm高效窄线宽光纤激光器

1550nm高效窄线宽光纤激光器** 伍波**,刘永智,刘爽,张谦述,代志勇 (电子科技大学光电信息学院,四川成都610054) 摘要:研制了一种采用双光纤光栅法布里-珀罗(FBG F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er3+光纤为增益介质,结合非相干技术,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过2个短FBG F-P腔选模,产生了稳定的1550nm单频激光输出。采用两端976nm LD抽运方式,阈值抽运光功率为11mW,在抽运光功率为145mW时输出信号光功率为73mW。光-光转换效率为50%,斜率效率达55%。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了10km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到线宽小于10kH z。研究表明,这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄和信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感器系统。关键词:激光技术;光纤激光器;窄线宽;光纤光栅法布里-珀罗(FBG F-P)腔;法拉第旋转器(FR) 中图分类号:TN253文献标识码:A文章编号:1005-0086(2007)07-0770-03 1550nm Hig h Efficient Narrow Lin ew id th Fib er Laser WU Bo**,LIU Yong-Zhi,LIU Shuang,ZH ANG Qian-shu,DAI Zh-i yong (School of Optoelectronic Information,University of Electronic Science and Technolog y,Chengdu610064,China) A bs tra ct:A high efficient narrow li newidth fiber laser based on fiber Bragg grating Fabry-Perot(FBG F-P)cavity was demonstrted.The spatial hole burning effect was restrained by fi ber Faraday rotator(FR).Two short FBG F-P cavities as narrow band width filters discrimi nated and selected the laser longitudi nal modes efficiently.Stable single frequency1550nm laser was acquired.Pumped by two976nm LD,the fiber laer exhi bi ted a11mW threshold.The73mW output power was obtai ned upon the maximu m145mW pump power.The opti ca-l optical efficciency was50%and the slope effi ci ency was 55%.T he3d B linewidth of laser was less than10kHz,measured b y the delayed sel-f heterod yne method with10km mono-mode fiber.T he high power narrow linewid th fi ber lasr can be used in high resolution fiber sensor system. Key words:laser technology;fiber laser narrow linewidth;fiber Bragg grating Fabry-Perot(FBG F-P)cavi ty;Fara-day rotator(FR) 1引言窄线宽光纤激光器作为光纤激光传感器光源,具有对电磁场的干扰、安全、体积小和可远程控制等特性[1,2]。目前,获得单纵模窄线宽光纤激光器有3种方案。1)通过控制腔内相遇光波的偏振状态来消除驻波效应引起的空间烧孔的非相干技术[3,4];2)在激光腔中加入未抽运掺杂光纤来选频,并抑制跳模的饱和吸收体[5~7];3)短腔光纤激光器,包括DFB光纤激光器和短腔DBR光纤激光器[8~10]。比较3种方案发现,方案1和方案2需要使用多个偏振控制器,且多为环形腔结构,控制难,转换效率低,输出功率极低;而方案3结构简单,输出功率超过200mW,斜率效率达24%,难点在于采用怎样的抽运方式在短增益光纤上实现高输出功率,以及怎样实现特殊封装。超短腔DBR结构光纤激光器国内也有研究,但是激光器效率低,输出功率最大仅为11mW,且线宽限制在MH z范围[11,12]。本文研制了一种采用双光纤光栅布里-珀罗(FBG F-P)腔选模的高掺Er3+线形腔窄线宽光纤激光器。该光纤激光器结合了非相干技术,输出功率高,能量转换效率高,线宽极窄,并具有结构简单、全光纤化和信噪比高等特点,可应用于高精度的光纤传感系统。 2窄线宽光纤激光器实验结果光纤激光器主要由2个FBG F-P腔和高掺Er3+光纤线形腔构成,实验装置如图1所示。激光器的增益介质为高掺Er3+光纤,长度为3m,在978nm波长处峰值吸收系数为17 dB/m,在1550nm波长处峰值吸收系数为30dB/m。实验中,采用了双向抽运方式,抽运光源为中心波长976nm的LD,LD 1与LD2的最大抽运功率分别为76mW和69mW。由于在线形腔结构中容易产生空间烧孔效应,引起多纵模振荡,所以光电子#激光第18卷第7期2007年7月Journal of Optoelectronics#Laser V ol.18N o.7Jul.2007 *收稿日期:2006-08-11修订日期:2006-11-07 *基金项目:国家自然科学基金资助项目(60377021) **E-m ail:w-bo@https://www.360docs.net/doc/ba9951677.html,