摘 要

当今社会，由于科学技术的进步，光通信和计算机技术也得到了飞速的发展。光纤通信器件也因此成为该领域的研究热点，其中光纤布拉格光栅是一种重要的光纤光学器件，在光纤通信、光纤传感等领域有着广泛的用途。光纤光栅传感系统能够利用复用技术组建传感网络，使用全同弱光栅构建传感网络可有效地提高复用容量，并降低系统成本，因此受到海内外研究者的热捧，然而全同弱光栅阵列中存在的多重反射和光谱阴影对解调系统产生不良影响。本课题拟搭建一个全同弱光栅阵列的理论数学模型，采用MATLAB软件来分析多重反射和光谱阴影对系统传感容量和检测精度的影响，以期得到不同复用容量的最佳光栅反射率。最后通过仿真得出多达1000个的光纤光栅可以在FBG非等距传感网络复用时的反射率为 0.04%。如果检测光纤光栅的反射率反射率比较高，则复用能力大大降低，同时等距和非等距光栅阵列在相同条件下，非等距的光栅复用性能更好。这对于采用相位掩膜法现实制备全同弱光栅阵列具有非常 重要的意义。

关键字:光纤光栅传感 全同弱光栅阵列 复用容量 噪声分析

Abstract

In today's society, due to the progress of science and technology, optical communication and computer technology has also been a rapid development. Fiber optic communication devices have become the focus of research in this area, in which the fiber Prague grating is an important fiber optic devices, fiber communication, optical fiber sensing and other fields have a wide range of uses. Optical fiber Bragg grating sensor system capable of using multiplexing technique to form a sensor network, using identical weak grating for building sensor network can effectively improve the multiplexing capacity, and reduce the system cost, so by the researches at home and abroad the Blitz, however full with weak grating array in the presence of multiple anti radiation and spectral shadow of demodulation system adverse effects. This paper intends to build a full with weak grating array of theoretical mathematical model, using MATLAB software to analyze the influence of multiple reflection and spectral shadow of sensing system capacity and the detection accuracy, in order to obtain the optimum grating reflectivity of different multiplexing capacity. At last, the simulation results show that up to 1000 fiber gratings can be used in the FBG non - equal distance sensing network with a reflectivity of 0.04%. If the reflectivity of fiber Bragg grating is relatively high, the multiplexing capability is greatly reduced, while the non - equal - spaced grating multiplexing performance is better under the same conditions. It is very important to make full use of the phase mask method to prepare all the same weak grating arrays.

Keywords: Fiber Bragg grating sensing all the same weak grating array multiplexing capacity noise analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 光纤光栅的研究现状 2

1.3 全同弱光栅的复用技术简介 2

1.4 本课题的主要研究内容 3

2 全同弱光栅阵列的复用容量分析 4

2.1 全同弱光栅的定义 4

2.1.1 阴影效应 4

2.1.2 多重反射串扰 4

2.1.3 损耗对光栅复用容量的影响 6

2.2 传感器原理 6

2.3 光纤光栅阵列信号解调技术 7

2.3.1 波分复用技术 7

2.3.2 时分复用技术 8

2.3.3 光波长时域反射解调技术 8

2.3.4 光波长频域反射解调技术 10

2.4 本章总结 10

3 全同弱光栅阵列的复用容量的仿真分析和计算 13

3.1 方案设计 13

3.2 仿真程序分析 14

3.3 结果分析 19

3.2.1 复用性能与反射率的关系 19

3.2.2 等距点与非等距点的比较 20

3.4 本章总结 20

4 总结和展望 22

4.1 论文工作总结 22

4.2 研究工作展望 22

参考文献 24

致谢 26

附录 31

1.绪论

1.1研究的目的及意义

20世纪70年代，出现了一个新的技术：光纤传感技术。它是随着光纤通信的飞速发展而诞生的一种新的传感方式。它与传统的传感方式的不同之处在于：它以光为载体，以光纤为传输介质来接收和传输外界信号^[1]。1966年高琨博士提出了用光导纤维取代传统电缆，并论证了光纤长距离传输的可能性^[1]。经过科学家们50多年的共同努力，研制出了光纤通信领域的很多重要器件，其中光纤光栅就是最重要的元器件之一。

光纤光纤具有低损耗、大带宽和不受电磁干扰等特点，并且对很多物理量具有敏感性，正是基于上述原因，它成为了传感领域的重要器件，在该领域有着广泛的用途^[2]。光纤光栅(FBG)传感技术是一种典型的准分布式光纤传感技术，通过对 FBG 反射光谱中心波长漂移的监测即可测量外界参量的变化在光纤传感领域，以光纤光栅为传感单元，通过时分、波分复用等复用技术可以实现分布式测量。