光子晶体光纤布里渊温度传感系统实验.doc

光子晶体光纤布里渊温度传感系统实验密 级学 号070240毕 业 设 计（论文）光子晶体光纤布里渊温度传感系统实验院（系、部）：机 械 工 程 学 院姓 名：班 级：测071专 业：测控技术与仪器指导教师：黄民双教师职称：教授 2011年 6 月 16 日·北京36北 京 石 油 化 工 学 院毕 业 设 计 （论 文） 任 务 书学院（系、部） 机械工程学院 专业 测控技术与仪器 班级 测07-1 学生姓名 姚 邈 指导教师/职称 黄民双 / 教授 1.毕业设计（论文）题目光子晶体光纤布里渊温度传感系统实验 2.任务起止日期：2011 年 2 月 21 日 至 2011 年 5 月 28 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求一．设计任务1、查阅相关资料，了解光纤Brillouin传感器，明确设计任务分析光纤Brillouin温度传感原理与探测方法，掌握各光学器件或仪器的原理作用和使用方法，对光路系统进行调试测量光子晶体光纤中温度变化时的Brillouin散射谱，对测量数据进行分析处理，获得光子晶体的温度—Brillouin频率变化曲线。

外文资料翻译不少于2万字符参考文献15篇，其中外文翻译3篇以上 2、提交成果 1）英文翻译一份（包含英文原文） 2）开题报告一份 3）BOTD分布式光纤传感器实验系统图 4）毕业设计一份二、主要参考文献1.有关光纤传感技术的书籍1-3本；2.有光电器件的书籍2-3本；3.有关分布式Brillouin传感器的文章不少于10篇；4.与题目相关课题研究文章不少于6篇；三、进度计划及指导安排工作安排日期毕业设计动员，公布毕业设计（论文）要求及有关规定，毕业设计任务书下达给学生，使学生明确自己所需完成的任务和具体要求，清楚毕业设计规定的期限和毕业设计的进度并进行分析设计题目与内容，讲解注意事项及设计方法第1周资料查阅，熟悉布里渊散射原理第1-2周外文资料的查阅、整理，翻译2万字符的外文资料，写文献综述第3周搜集、分析、整理文献资料和实习资料，写出开题报告第4周完成基于光子晶体的分布式光纤Brillouin传感器的原理分析第5周完成基于BOTDA法的Brillouin散射信号的探测原理与方法分析；第6-7周完成温度变化时Brillouin散射谱的测量，基于光子晶体光纤Brillouin温度测量系统光路设计。

第8-9周中期检查，检查学生工作日记、文献翻译、开题报告及任务所要求的相应内容第10周对上面的数据进行数据拟合，做出各温度下的布里渊频移-温度曲线和不同温度下的频差曲线第11-12周完成毕业设计（论文）包括（中英文摘要、文献综述、研究报告、参考文献等）第13-14周上交毕业设计（论文），答辩第15周指导安排：每周二上午9：00－11：00，每周五10：00－12：00为固定集中指导与讨论时间，其它时间随时可以交流地点：信息楼B206任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（系、部）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 光子晶体光纤布里渊温度传感系统实验摘 要光子晶体光纤具有高非线性特性和高双折射效应，是现代光纤通信、光纤传感、光纤器件研究的新型材料，本项目是研究光子晶体光纤的温度对布里渊频移的影响，具有很重要的意义。

本文首先介绍了分布式布里渊光纤传感器的研究背景、研究状况和发展趋势，然后阐述了光子晶体光纤布里渊测量原理，建立了基于布里渊散射的NL-1550-POS-1光子晶体光纤的温度测量实验装置，系统由一台NP Photonics激光器、一台TeraXion 激光器、高速探测器、声光调制器、频谱分析仪及相关光纤耦合连接器件组成，并对各个部分的设计要求、器件原理及选择等进行了描述分别测试了在25℃、35℃、45℃、55℃四个温度条件下的布里渊散射谱，利用洛伦兹曲线拟合了四个温度下的高非线性光子晶体光纤布里渊散射谱线结果表明，布里渊频移的温度系数为1.53MHz/℃，略大于普通单模光纤的布里渊频移温度系数关键词：布里渊散射，光子晶体光纤，布里渊频移温度系数AbstractPhotonic crystal fiber(PCF) with the characteristic of high nonlinearity and high birefringence effect, which is the new material of modern optical fiber communication, optical fiber sensing and fiber-optic-components-researching. Our project would be to study the influence with temperature of PCF for Brillouin frequency shift, which inclouding very important significance. The research background was introduced firstly, which of researching status and development trend of distributed Brillouin fiber sensor, and then describing the measurement apparatus of PCF Brillouin, we established NL-1550-POS-1 photonic crystals optical fiber temperature which based on Brillouin scattering, this system consists of a laser of NP Photonics, a laser of TeraXion, high-speed detectors, acousto-optic modulator, spectrum analyzers and devices composed of fiber-coupled connections, and expanded the design requirements, the device principle and selection of each part on. Experiments tested the Brillouin scattering spectrum at the temperature of 25℃,35℃,45℃,55℃, then use the Lorentz curve fitting the Brillouin nonlinear photonic crystal fiber scattering spectrum line of the four temperature. The results show that the Brillouin frequency shift of the temperature coefficient is 1.53MHz/℃, which slightly larger than the ordinary single-mode fiber Brillouin frequency shift temperature coefficient.Key words：Brillouin scattering, temperature coefficient of Brillouin frequency shift 目 录第一章 引言 11.1 选题背景及研究意义 11.2 国内外研究状况及发展趋势 21.3 设计目标及内容 4第二章 光子晶体光纤的布里渊温度测量原理 52.1 光子晶体光纤 52.1.1光子晶体光纤概述 53.1.2 NL-1550-POS-1光子晶体光纤 63） 光纤的性能展示 62.2 布里渊频移与温度的关系 82.2.1 光纤中的布里渊散射 82.2.2 光纤中布里渊散射的传感原理 92.3布里渊散射光的放大技术 102.3.1 问题提出 102.3.2 布里渊散射放大原理 10第三章 光子晶体光纤布里渊散射的温度测量系统 123.1基于布里渊散射的温度测量系统的原理及组成 123.2 实验系统中的其他组成部分 133.2.1 NP Photonics激光器 133.2.2 TeraXion 激光器 163.2.2 探测器 183.2.3 频谱分析仪 213.2.4光耦合器 213.2.5 环形器 23第四章 实验步骤及结果 244.1 实验系统的基本组成 244.2 布里渊散射谱实验步骤 254.3实验数据 274.4 实验数据拟合 294.4.1对数据进行洛伦兹拟合 294.4.2计算布里渊频移温度系数 32五 结论 33参考文献 34致 谢 35声 明 36第一章 引言为了更好的研究分布式光纤传感器系统，本章对它的背景，研究意义和发展趋势等内容进行了详细介绍。

1.1 选题背景及研究意义20 世纪 60 年代，激光的诞生在短短的几十年内就渗透到我们社会的各个领域它作为跨学科的新技术，是一门既属于电子学又属于光学的光电子技术激光技术最显著的特征是它对其他技术的广泛渗透性由于激光具有色域宽，彩色饱和度高，易于控制等特点，在显示领域越来越受到人们的关注其中近几十年来，激光扫描的研制和应用已经越来越受到人们的重视，它已经在半导体集成电路、生物、医学、地质等领域中得到了广泛的应用激光扫描成像系统的研究工作首先是在美国的珀金-埃尔默公司开始的，并在 1963 年该公司提出了专利申请70 年代以来，激光扫描成像系统的发展工作主要集中在两个方面：一是研制采用其它激光器做光源的扫描成像系统；二是发展激光扫描三维成像系统目前，激光扫描主要有：机械转镜－振镜系统扫、检流计扫描、谐振镜扫描和全息扫描等方式其中机械转镜-振镜系统扫描因精度高、扫描角大、光损耗小、适于各种波长的扫描、抗干扰性能强、回转速度快、结构简单直观而受到广泛应用激光扫描成像系统的应用十分广阔：1)该系统不仅进行扫描，对场景的反射系数信息进行收集，而且还能进行激光测距，而获得距离信息，然后将反射系统信息与距离信息整合，得到场景的三维影像。

2)该系统可以用于夜间侦察由于此种侦察装置不需要闪光灯或其它大面积照明光源,就能得到非常清晰的高分辨率的图像，所以大大提高了载机在对方上空的生存能力3)这钟装置也可用于敌我识别、地形测绘、夜间搜寻与救援以及环境的保护与监视等4)随着激光、红外、微光。