基于正交偏振双频光纤激光器的微弱磁场传感器研究

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：基于正交偏振双频光纤激光器的微弱磁场传感器研究ResearchonOrthogonallyPolarizedDual-FrequencyFiber-LaserBasedSensorsforWeakMagneticFieldDetection作者姓名：郭贞贞指导教师姓名及学位、职称：程凌浩博士研究员光学工程学科、专业名称：论文提交日期：论文答辩日期：答辩委员会主席：2014年4月2014年5月论文评阅人：学位授予单位和日期:独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注

2、和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得暨南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解暨南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权暨南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导

3、师签名：签字日期：签字日期：年月日年月日学位论文作者毕业后去向：工作单位：电话：邮编：通讯地址：摘要光纤传感器通过采用光纤器件或纤或作为敏感元件，对应变、温度、压力、磁场、电流、湿度等变量进行测量，具有探测精度高、抗电磁干扰、可工作于恶劣环境、高灵敏度等独特优点。近年来，通过不断汲取光纤光学领域涌现出来的新成果、新发现，光纤传感器已经发展出多种多样的形式，在性能上得到不断提升，并已在结构安全监测等多个领域取得应用。光纤磁场传感器能够对强磁场进行实时精确测量，在地质勘探、工业检测、军事制导等领域具有重要应用。然而，现有光纤磁场传感器通常无法满足微弱磁场测量的要求。针对这一问

4、题，本文提出了基于单纵模正交偏振双频光纤激光器和安培力的光纤磁场传感器。这种传感器是通过在铜导线下放置光纤光栅激光器来实现的。与已有技术不同，我们利用DBR光纤光栅激光器在两正交方向上输出激光的信号混频产生的拍频信号作为监测信号。在垂直磁场下，电流流经铜导线，产生安培力，挤压光纤光栅激光器，激光腔内产生的双折射变化导致激光器的拍频变化。当采用交流电注入铜导线的方式时，磁场诱导所产生的拍频能有效对抗环境干扰。通过对磁场传感器进行增敏结构设计，我们研制的基于DBR正交偏振双频光纤激光器的磁场传感器，具有高灵敏度，抗干扰能力强等优点，满足对微弱磁场测量的要求。这一方案克服了已有

5、技术的不足，具有较好的应用前景。本论文主要内容如下：(1)对DBR正交偏振双频光纤激光器的研制方法进行了研究与优化：利用193nm准分子激光光束侧边扫描和相位掩模法，在单掺铒光纤上成功研制了单纵模DBR光纤光栅激光器。通过控制刻写光栅时的曝光量使光栅对的反射峰中心只有一个谐振波长来获得单纵模激光输出。制备的激光器其整体长度最短可达到10mm以下，拍频信号信噪比达到70dB以上。激光器具有正交偏振双频输出，为传感器提供了射频域监测信号。(2)提出了基于单纵模正交偏振双频光纤激光器和安培力的光纤磁场传感器，并对传感器的磁场传感机理进行了分析，推导了磁场强度与DBR光纤光栅激光

6、器的关系，在实验上实现了对磁场的定性测量。(3)进行了磁场传感增敏研究，提出增敏结构用以实验。这些增敏结构能够更为有效地将外界磁场转化为腔内双折射，从而增强了磁场响应。通过实验结果验证了理论分析，证明了这种新颖的光纤磁场传感器具有高灵敏度。关键词：光纤传感器；光纤激光器；磁场传感器IABSTRACTFiber-opticsensorscanmeasuremanyparameterssuchasstrain,temperature,pressure,magneticfield,current,humidity,byuseoffiberdevicesoropticalfibe

7、rassensingelements.Theyhavedemonstratedmanyadvantagesincludinghighresolution,highsensitivity,immunitytoelectromagneticinterference,andtheabilitytoworkunderharshenvironments.Recently,withmanynewresultsanddiscoveriesinfiber-optics,varioustypesoffiber-opticsensorswithe