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基于Bragg光栅磁场测量解调系统的研究班级：光电0801姓名：郭晶晶指导老师：葛海波目录1研究背景2工作思路3测量方法4解调方法5系统仿真及分析6总结1、研究背景光纤光栅是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。自从K.O.Hill等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成世界上第一只光纤光栅来，由于它有许多独特的优点，因而在光纤通信中，光纤传感等领域均有广阔的应用前景。随着光纤光栅制造技术的不断完善，应用成果的日益增多，使得光纤光栅成为目前最优发展前途，最具代表性的光纤无源器件之一。由于光纤光栅的出现，使许多复杂全光通信和传感网成为可能，极大地拓宽了光纤技术的应用范围。提出了一种新的使用光纤光栅测电磁场的方法，依据磁场与光纤光栅偏振相关损耗(PDL)成正比的原理，运用1/4波片转化左、右旋圆偏振光为线偏振光，根据所检测出的两偏振光光强推算出磁场强度，并论证了其可行性。2、工作思路1.学习光纤光栅传感器原理及相关知识，了解光纤光栅传感器的应用现状。2.调研光纤光栅传感器进行磁场测量的方法与应用,并学习掌握最基本的几种解调方法。3.探索研究利用光纤光栅进行磁场测量的新方法——基于Bragg光栅磁场测量解调系统。4.使用matlab软件对结果进行仿真。验证该方法的可行性3、测量方法利用光纤光栅测量磁场的传统方法是测量波长的改变量，此方法精度低而且高频响应也差。A.Kersey等提出了一种直接测量磁场的方法，基本原理是在外加磁场的作用下，光纤光栅中的左旋和右旋圆偏光的布拉格反射波长发生漂移，只需测出此漂移量就可以直接确定磁场的大小，但是由于石英材料的费尔德常量很小，磁场导致的反射谱分裂很小，目前最普遍的光谱分析仪的精度约50pm,检测起来较困难。本文提出了一种新的使用光纤光栅测电磁场的方法。光纤光栅测电磁场的解调系统是根据磁场与光纤光栅偏振相关损耗（PDL）成正比的原理，运用1/4波片将左旋圆偏振光和右旋圆偏振光转化为线偏振光，再根据检测出的两偏振光的光强计算出磁场强度。4、解调方法1.使用一光纤光栅反射光作为输入光源（宽谱光源）；2.此宽谱光通过功率调制器后成为一窄带光（选频作用）；3.再通过一起偏器，可得到一线偏振光；4.从检偏器出射的光为左旋圆偏振光和优选圆偏振光；5.左、右圆偏振光通过1/4波片后，成为两束相互垂直的线偏振光；6.偏振分束器将相互垂直的两线偏振光分离；7.检偏器1和检偏器2的作用是进一步滤除一些杂光；8.光功率计测出检偏器1、2出射的两线偏振光的光功率P1、P2；9.根据公式可以计算出偏振相关损耗（PDL），再由磁场强度B与PDL成正比，比值为某一定值K，即可计算出磁场强度5、系统仿真及分析最小的PDL值出现在两个谱的交叉点,而且在透射谱主阻带内有最大PDL值。起偏器1出射光，此时左旋与右旋圆偏振光重合在一起。此线偏振光作为光源通过耦合器2输入Bragg光纤光栅2，仿真得到Bragg光纤光栅1能量反射谱如下图示温度变化所引起的输出变化：从图中可以看出,温度的变化只是改变了PDL谱在波长轴上的位置,并没有改变PDL的形状（0、10、20）应力对PDL的影响和温度对PDL的影响类似，都是至改变PDL谱在波长轴上的位置，并不改变其形状。误差分析1、光纤光栅固有的双折射引起的光源左旋与右旋偏振光分裂，由此自有的偏振相关损耗有0.3dB。2、偏振相关损耗（PDL）峰值对应波长与温度等外界因素有关，光源波长的偏移也会影响测量的精度。3、对PDL谱峰值对应波长的计算可能会存在误差，由图1可看出，谱线顶端很尖锐。光源波长是否对应峰值波长很大程度上影响测量精度。4、器件本身存在损耗，偏振分束器不能做到无损分束。光在传输过程中存在损耗，以及受光功率计精度的影响，这些都会对测量精度产生负面影响。6、总结：以上提出了一种新的基于光纤光栅测电磁场的系统，并通过严谨的仿真分析，证明其可行性。此系统相较于以前的系统具有精度高、高频响应好等特点，为研制具有自主知识产权的新型电磁场监测设备打下基础。谢谢！