时分/波分复用光纤传感系统及其关键技术研究
发布时间：2025-06-21 04:57
随着光纤技术和计算机技术的发展,构建具有更完善的性能、更适应大型工程应用监测的大型分布式光纤传感网络,具有重要的研究价值和工程意义。在此背景下,论文提出了一种基于波长可调谐光时域反射仪(TOTDR)的时分/波分复用(TWDM)光纤传感技术方案,通过对TOTDR、超弱反射光纤布拉格光栅(UW-FBG)、光纤切趾等核心技术的理论分析与实验制备,成功搭建了基于时分/波分复用的光纤传感系统在大容量分布式光纤光栅传感和无源光网络(PON)在线监测中应用的实验系统。为了提高上述传感系统的空间分辨率,论文提出了基于可调谐锁模光纤激光器的超窄脉冲TOTDR技术方案,并对基于硅基液晶(LCoS)的可调谐锁模光纤激光器进行了深入的理论分析和实验研究。论文所完成的主要工作如下:(1)基于分布反馈激光器(DFB)阵列的波长可调谐光时域反射仪的研制。设计了基于DFB激光器阵列可调谐光源模块,研制了光源模块样机并对其性能进行了测试,该光源模块可以实现10ns～10us的脉冲输出,输出功率在-30dBm～8.8dBm的范围内连续可调,波长调谐范围时27nm,调谐精度1.4 pm。设计并优化了动态范围可调的低噪声、宽带...
【文章页数】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 引言
1.2 光纤传感技术的发展
1.2.1 光纤传感技术的分类与基本特点
1.2.2 光纤传感关键技术的研究进展
1.3 课题的主要研究目的和意义
1.4 本文的主要研究内容
2 基于DFB阵列的TOTDR的研制及性能测试
2.1 引言
2.2 光时域反射仪的基本原理和主要性能指标
2.2.1 波长可调光时域反射仪的工作原理
2.2.2 瑞利后向散射原理
2.2.3 反射动态范围
2.2.4 散射动态范围
2.2.5 事件盲区
2.2.6 采样分辨率
2.2.7 确定最小反射事件间隔的方法
2.2.8 波长调谐特性
2.3 基于DFB激光器阵列的可调谐窄带光源模块的设计
2.3.1 DFB激光器阵列的工作原理
2.3.2 基于DFB激光器阵列的可调谐窄带光源模块设计
2.4 可变增益线性脉冲光电检测系统的分析与设计
2.4.1 单路脉冲光电探测电路的设计
2.4.2 单路脉冲光电探测电路的仿真分析
2.4.3 可变增益线性脉冲放大电路的设计
2.5 基于DFB激光器阵列的TOTDR的总体设计方案
2.6 基于DFB激光器阵列的TOTDR的研制与性能测试
2.6.1 可调谐窄带光源的样机制作和性能测试
2.6.2 可调谐光时域反射仪的样机制作和性能测试
2.7 本章小结
3 切趾光纤光栅的二次曝光制作系统与实验研究
3.1 引言
3.2 切趾光栅的设计与特性分析
3.2.1 耦合模的理论分析
3.2.2 光纤光栅的传输矩阵法
3.2.3 二次曝光法切趾光纤光栅的数学描述
3.2.4 二次曝光法切趾光纤光栅的仿真分析
3.3 基于动态光学遮蔽板的切趾光栅二次曝光制作系统与实验研究
3.3.1 切趾光栅制作系统的总体方案
3.3.2 动态光学遮蔽板的设计和控制函数
3.3.3 切趾光栅的实验研制和测试分析
3.4 本章小节
4 基于TOTDR的光纤分布式传感系统与关键技术研究
4.1 引言
4.2 波分时分复用传感网络的基本结构和工作原理
4.3 波分时分复用方式的传输特性研究
4.3.1 TDM复用度分析——反射损耗和光纤衰减
4.3.2 TDM复用度分析——光栅串扰
4.3.3 TDM复用度分析——信噪比
4.3.4 TWDM的网络规划方法和系统容量分析
4.4 超弱光纤光栅的制作
4.5 基于TOTDR的光纤分布式传感系统的系统总体方案
4.6 基于TOTDR的光纤传感系统的搭建与测试
4.6.1 TOTDR的光纤传感系统的搭建
4.6.2 波长解调特性和超弱光纤光栅的空间位置定位
4.6.3 TDM复用能力测试
4.6.4 温度传感实验
4.6.5 TWDM复用能力估算
4.7 本章小结
5 基于TOTDR和光纤光栅的PON在线监控系统与关键技术研究
5.1 引言
5.2 PON网络在线监控系统的技术要求
5.2.1 PON光网络结构
5.2.2 PON光网络在线监控系统的基本要求
5.3 基于TOTDR和光纤光栅的PON在线监控系统的总体方案
5.4 基于TOTDR和光纤光栅的PON监控系统的搭建与性能测试
5.4.1 传统OTDR监测PON网络的性能测试
5.4.2 基于光纤光栅的终端滤波器的制作
5.4.3 监控系统的搭建与分支路识别能力测试
5.4.4 TDM复用监测能力测试
5.4.5 WDM复用监测能力测试
5.4.6 1×64 PON监控系统的网络规划
5.5 本章小结
6 用于光纤光栅传感系统的可调谐窄脉冲光源的研究
6.1 引言
6.2 基于LCoS的可调谐光学滤波器设计与研制
6.2.1 纯相位型液晶空间光调制器的基本原理
6.2.2 基于闪耀光栅原理实现LCoS宽带可调谐滤波器的方法
6.2.3 基于硅基液晶的可调谐光学滤波器的性能测试
6.3 被动锁模光纤激光器的理论模型和数值分析
6.3.1 被动锁模光纤激光器的基本原理
6.3.2 基于SESAM被动锁模光纤激光器的理论模型
6.3.3 基于SESAM被动锁模光纤激光器的数值模拟
6.4 基于LCoS的宽带可调谐锁模光纤激光器实验研制及性能测试
6.4.1 基于LCoS的宽带可调谐锁模光纤激光器的系统搭建
6.4.2 基于LCoS的宽带可调谐锁模光纤激光器的性能测试和分析
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 本文的主要研究内容
7.2 下一步拟开展的研究工作
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：4051946
【文章页数】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 引言
1.2 光纤传感技术的发展
1.2.1 光纤传感技术的分类与基本特点
1.2.2 光纤传感关键技术的研究进展
1.3 课题的主要研究目的和意义
1.4 本文的主要研究内容
2 基于DFB阵列的TOTDR的研制及性能测试
2.1 引言
2.2 光时域反射仪的基本原理和主要性能指标
2.2.1 波长可调光时域反射仪的工作原理
2.2.2 瑞利后向散射原理
2.2.3 反射动态范围
2.2.4 散射动态范围
2.2.5 事件盲区
2.2.6 采样分辨率
2.2.7 确定最小反射事件间隔的方法
2.2.8 波长调谐特性
2.3 基于DFB激光器阵列的可调谐窄带光源模块的设计
2.3.1 DFB激光器阵列的工作原理
2.3.2 基于DFB激光器阵列的可调谐窄带光源模块设计
2.4 可变增益线性脉冲光电检测系统的分析与设计
2.4.1 单路脉冲光电探测电路的设计
2.4.2 单路脉冲光电探测电路的仿真分析
2.4.3 可变增益线性脉冲放大电路的设计
2.5 基于DFB激光器阵列的TOTDR的总体设计方案
2.6 基于DFB激光器阵列的TOTDR的研制与性能测试
2.6.1 可调谐窄带光源的样机制作和性能测试
2.6.2 可调谐光时域反射仪的样机制作和性能测试
2.7 本章小结
3 切趾光纤光栅的二次曝光制作系统与实验研究
3.1 引言
3.2 切趾光栅的设计与特性分析
3.2.1 耦合模的理论分析
3.2.2 光纤光栅的传输矩阵法
3.2.3 二次曝光法切趾光纤光栅的数学描述
3.2.4 二次曝光法切趾光纤光栅的仿真分析
3.3 基于动态光学遮蔽板的切趾光栅二次曝光制作系统与实验研究
3.3.1 切趾光栅制作系统的总体方案
3.3.2 动态光学遮蔽板的设计和控制函数
3.3.3 切趾光栅的实验研制和测试分析
3.4 本章小节
4 基于TOTDR的光纤分布式传感系统与关键技术研究
4.1 引言
4.2 波分时分复用传感网络的基本结构和工作原理
4.3 波分时分复用方式的传输特性研究
4.3.1 TDM复用度分析——反射损耗和光纤衰减
4.3.2 TDM复用度分析——光栅串扰
4.3.3 TDM复用度分析——信噪比
4.3.4 TWDM的网络规划方法和系统容量分析
4.4 超弱光纤光栅的制作
4.5 基于TOTDR的光纤分布式传感系统的系统总体方案
4.6 基于TOTDR的光纤传感系统的搭建与测试
4.6.1 TOTDR的光纤传感系统的搭建
4.6.2 波长解调特性和超弱光纤光栅的空间位置定位
4.6.3 TDM复用能力测试
4.6.4 温度传感实验
4.6.5 TWDM复用能力估算
4.7 本章小结
5 基于TOTDR和光纤光栅的PON在线监控系统与关键技术研究
5.1 引言
5.2 PON网络在线监控系统的技术要求
5.2.1 PON光网络结构
5.2.2 PON光网络在线监控系统的基本要求
5.3 基于TOTDR和光纤光栅的PON在线监控系统的总体方案
5.4 基于TOTDR和光纤光栅的PON监控系统的搭建与性能测试
5.4.1 传统OTDR监测PON网络的性能测试
5.4.2 基于光纤光栅的终端滤波器的制作
5.4.3 监控系统的搭建与分支路识别能力测试
5.4.4 TDM复用监测能力测试
5.4.5 WDM复用监测能力测试
5.4.6 1×64 PON监控系统的网络规划
5.5 本章小结
6 用于光纤光栅传感系统的可调谐窄脉冲光源的研究
6.1 引言
6.2 基于LCoS的可调谐光学滤波器设计与研制
6.2.1 纯相位型液晶空间光调制器的基本原理
6.2.2 基于闪耀光栅原理实现LCoS宽带可调谐滤波器的方法
6.2.3 基于硅基液晶的可调谐光学滤波器的性能测试
6.3 被动锁模光纤激光器的理论模型和数值分析
6.3.1 被动锁模光纤激光器的基本原理
6.3.2 基于SESAM被动锁模光纤激光器的理论模型
6.3.3 基于SESAM被动锁模光纤激光器的数值模拟
6.4 基于LCoS的宽带可调谐锁模光纤激光器实验研制及性能测试
6.4.1 基于LCoS的宽带可调谐锁模光纤激光器的系统搭建
6.4.2 基于LCoS的宽带可调谐锁模光纤激光器的性能测试和分析
6.5 本章小结
7 总结与展望
7.1 本文的主要研究内容
7.2 下一步拟开展的研究工作
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：4051946
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