超短脉冲在光纤光栅中的传输机理及其分布式传感研究

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1、超短脉冲在光纤光栅中的传输机理及其分布式传感研究分类号：密级：UDC：编号：理学硕士学位论文超短脉冲在光纤光栅中的传输机理及其分布式传感研究硕士研究生：张斌指导教师：杨军教授学科、专业：光学论文主审人：耿涛教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：理学硕士学位论文超短脉冲在光纤光栅中的传输机理及其分布式传感研究硕士研究生：张斌指导教师：杨军教授学位级别：理学硕士学科、专业：光学所在单位：理学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学超短脉冲在

2、光纤光栅中的传输机理及其分布式传感研究ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.SciTransmissionMechanismofUltra-ShortPulsesinFiberBraggGratingandItsApplicationtoDistributedSensingCandidate:ZhangBinSupervisor:Professor.YangJunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScience

3、Speciality:OpticsDateofSubmission:Dec.2017DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均

4、已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位

5、为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日超短脉冲在光纤光栅中的传输机理及其分布式传感研究摘要光纤光栅由于体积小、抗电磁干扰、低成本、有复用能力等优点已被广泛应用于光纤通信和光纤传感系统中。在高速长途通信系统中，常将超短脉冲作为光源以提高系统的比特率，光纤布拉格光栅在光纤通信系统中作为色散补偿元件和脉冲整形器的基本原理均是基于超短脉冲在其中的传输特性

6、。此外，可实现分布式传感是光纤光栅传感器的重要优点之一，许多光纤光栅全分布式传感器均是基于局部受扰动时光纤光栅的脉冲响应，对其传输机理进行研究将为解调系统的设计提供重要的理论依据。本文对超短脉冲在局部受扰动时光纤光栅中的传输特性展开详细研究并提出了其在分布式传感中的应用。首先，介绍了计算光纤光栅脉冲响应谱的基本理论及方法，数值仿真了超短脉冲在均匀光纤光栅、切趾光纤光栅、啁啾光纤光栅和切趾啁啾光纤光栅中的传输特性，研究了光栅参数对反射谱和脉冲响应谱的影响，结果表明，光栅反射强度对脉冲传输特性的影响较大；对于

7、切趾光纤光栅来说，切趾特性决定了光栅的反射谱和脉冲响应谱。其次，以应变为例，针对局部扰动时光纤光栅的反射谱和脉冲响应谱进行了详细研究，具体研究了应变大小、应变长度、应变位置和应变数量对仿真结果的影响并进行了规律总结。对于光纤光栅的反射谱，应变大小决定了初始反射峰的相移大小和应变反射峰的中心波长，应变长度决定了应变反射峰的反射率大小，而应变位置基本上不会影响反射谱特性；对于光纤光栅的脉冲响应谱，应变大小决定了脉冲响应谱中应变区域内振荡峰的大小、周期和数量；应变长度决定了振荡区域的大小和振荡峰的个数，应变位置

8、决定了光栅脉冲响应谱中振荡区域所在位置。最后，推导了扭转时保偏光纤光栅的传输矩阵，用此矩阵数值仿真了保偏光纤光栅扭转时的反射谱和脉冲响应谱。仅根据反射谱的变化规律只能测量扭转大小，无法识别扭转方向，而根据脉冲响应特性可以实现扭转大小和方向的同时测量。基于光纤光栅的脉冲传输特性，提出了光纤光栅上扭转的全分布式传感解调系统。关键词：光纤光栅；超短脉冲；传输特性；分布式传感哈尔滨工程大学硕士学位论文ABSTRACTFiberBrag