【正文】 接確定磁場的大小，但是由于石英材料的費爾德常量很小，磁場導致的反射譜分裂很小。為了便于測量，一般采用 PDL 的峰值來測量磁場。 量級之間， PDL 譜峰值對應波長可近似認為不變，因此通過測量 PDL 的峰值波長對應左旋與右旋偏振光的能量得出 PDL 值，即可解調(diào)出磁場大小與變化。 ，要對光的偏振，波片，光學基本解調(diào)系統(tǒng)有深刻的認識，在此基礎上，結合光纖光柵，以及溫度、應力、壓力對光纖光柵傳感 的影響，完成磁場測量解調(diào)系統(tǒng)。利用光纖光柵測量磁場的傳統(tǒng)方法是測量波長的改變 量 ，此方法精度低而且高頻響應也差。 光纖光柵測電磁場的解調(diào)系統(tǒng)是根據(jù)磁場與光纖光柵偏振相關損耗 （ PDL）成正比的原理，運用 1/4波片將左旋圓偏振光和右旋圓偏振光轉化為線偏振光，再根據(jù)檢測出的兩偏振光的光強計算出磁場強度 。隨著光纖光柵制造技術的不斷完善，應用成果的日益增多，使得光纖光柵成為目前最優(yōu)發(fā)展前途，最具代表性的光纖無源器件之一。 在本論文中全面詳細地介紹了光纖光柵傳感技術，以及基于 Bragg 光纖光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)。光纖的典型結構是一種細長多層同軸圓柱形實體復合纖維。且如將若干 根這樣 的裸光纖集束成一捆，相互間極易產(chǎn)生磨損，導致光纖表面損傷而影響光纖的傳輸性能。 按折射率分布情況分 類：光纖主要有三種基本類型：突變型多模光纖（多模階躍折射率光纖）、漸變型多模光纖（多模漸變射率光纖）、單模光纖。被反射的波長稱為 Bragg 波長，滿足條件： Bneff ???2 (11) 這里 錯誤 !未找到引用源。例如溫度和應力是光纖光柵能夠直接敏感的兩個物理量。 圖 14 短周期光柵（ FBG） （ 2） 長周期光纖光柵（ LPG，也叫傳輸光柵）： 光柵周期在 m?100 以上，耦合發(fā)生在同向傳輸?shù)哪Ｊ街g，它的特性是將導波中某頻段的光耦合到包層中損耗掉而讓其他頻段的光通過。當布喇格光纖光柵做探頭裝置測量外界的溫度、壓力或應力等被測量時，光柵自身的折射率或柵距發(fā)生變化，從而引起反射波長的變化，解調(diào)裝置即通過檢測波長變化推導出外界被測溫度、壓力或應力等值。 光纖光柵傳感系統(tǒng)中的無源器件 光纖耦合器 利用連接器可以將兩端光纖連接起來，這樣可以滿足兩個器件之間的光信號的傳輸。光信號在每條支路中的比例分配可以相同，也可以不同。它包括一對線偏振器，兩個偏振器的偏振面放置成 錯誤 !未找到引用源。和光隔離器一樣，環(huán)行器的工作也利用了偏振現(xiàn)象。 波分復用器 在光纖通信系統(tǒng)中采用光的頻分復用的方法來提 高系統(tǒng)的傳輸容量，在接收端使用解復用器（等效于光帶通濾波器）將各信號光載波分開。自從 1989 年 Morey 等人首先對光纖光柵的應變和溫度傳感特性進行了研究后，光纖光柵傳感器的應用領域不斷拓展，現(xiàn)在人們已將其逐步應用于多種物理量的測量，制成了各種傳感器。 自然光 普通光源中包含許許多多分子和原子，不同的原子或分子所發(fā)光波，或同一原子不同時刻所發(fā)光波，其振動方向、振幅、初始相位各不相同。該圖表示迎著光傳播方向看到的光振動的情況。 圖 22 線偏振光 上圖中線段表示光振動平行于圖面的線偏振光，點子表示光振動垂直于圖面。這種光叫做圓偏振光。 若在迎光的傳播方向觀察圓 偏振光的光矢量隨時間變化是右旋的，則這種圓偏振光叫做右旋圓偏振光 ， 反之 ， 叫做左旋圓偏振光。 設兩線偏振光沿 z 方向傳播， 在 錯誤 !未找到引用源。 為兩線偏振光的振幅， ? 為兩線偏振光在 錯誤 !未找到引用源。 當 ?? )12( ?? k 時，（ ...2,1,0 ???k ） 合成指向 4 象限的線偏振光 。 當 ?? )2 12( ?? k 錯誤 !未找到引用源。 部分偏振光 由自然光和完全偏振光組成的光，叫做部分偏振光。 當線偏振光垂直射入一塊表面平行于光軸的晶片時，若其振動面與晶片的光軸成 a 角，該線偏振光將分為 e 光、 o 光兩部分，它們的傳播方向一致，但在晶體中傳播速度不同，因而產(chǎn)生光程差 ： 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 11 錯誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 圓偏振光通過四分之一波片后，變?yōu)榫€偏振光，其振動方向與光軸方向。 （ 26） 其中， 錯誤 !未找到引用源。 光纖布拉格光柵 (FBG)的偏振相關損耗 光纖布喇格光柵的偏振相關損耗 (PDL 錯誤 !未找到引用源。 為左旋圓偏振光的能量 透射系數(shù)。 ； 錯誤 !未找到引用源。 ：有效折射率； 錯誤 !未找到引用源。 （ 210） 其中， 錯誤 !未找到引用源。 （ 211） 這兩個布拉格波長之間的間距則為： ??? )/(2, ???? VBRBLB （ 212） 通過上面的分析可知，磁場的改變將會影響左旋和右旋圓偏振光的透射系數(shù)，左旋和右旋圓偏振光分別有一個透射譜。根據(jù) 式 27，略去中間推導過程，可以將 PDL 表示為： 22 2 222 2 2c o sh ( )( ) 1 0c o sh ( )LRRPDRLLL?? ? ???? ? ???? （ 213） 根據(jù) 式 213 可以得到 PDL 的示意圖如圖 29 所示。在測量的磁場動態(tài)范圍內(nèi)，L? 、 錯誤 !未找到引用源。利用該特性，可以來測量磁場 的大小，為了便于測量，一般采用 PDL 的峰值來測量磁場。 根據(jù)以上結論可知對于長度為 50mm的光柵，磁場改變量為 1000Gs 時 ,兩波長間距改變量為 ,可近似認為不變。 當 錯誤 !未找到引用源。迎著光傳播方向看，出射光的旋轉方向為順時針，出射光為右旋圓偏振光；出射光的旋轉方向為逆時針，出射光為左旋圓偏振光。設 1/4波片對應波長為 錯誤 !未找到引用源。 ，方程 為 ： 錯誤 !未找到引用源。 （ 220） 式（ 219）對應橢圓偏振光通過檢偏器后，光強 為 ： 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 17 錯誤 ! 未找到引用源。 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 18 3 解調(diào) 系統(tǒng) 的 設計 解調(diào)可行性分析 磁場變化對 PDL 譜的影響 由 節(jié)的結論可得出：如果磁場在 0～ 錯誤 !未找到引用源。 磁場變化時， PDL 峰值對應波長發(fā)生相應變化。 圖 31 圓偏振光通過 1/4 波片轉變?yōu)榫€偏振光 若非對應波長的波片，則轉化為橢圓偏振光。經(jīng)過波片后轉化為的 x 與 y 光相位差 錯誤 !未找到引用源。根據(jù)菲涅耳理論，一束線偏振光可分解成頻率相同、振幅相同、旋轉方向相反的圓偏振光。波片出射光為互相垂直的線偏振光，使用偏振分束器可將其分離；然后使用光功率計即可得出左旋與右旋圓偏振光能量；最后使用 FPGA 或其他數(shù)字處理器件即可解調(diào)。 。切趾光柵的邊模抑制比比較好，啁啾光柵的透射譜譜寬較寬。 解調(diào)算法 如圖 32 所示，光功率計 1 出射光功率為 錯誤 !未找到引用源。可 得 錯誤 !未找到引用源。 圖 33 左旋和右旋圓偏振光的透射能量系數(shù)與 PDL 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 21 （ 2） 如圖 32， 起偏器 1 出射光，此時左旋與右旋圓偏振光重合在一起。 應力和壓力對 PDL 的影響和溫度對 PDL 的影響類似，基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 22 都是只改變 PDL 譜在波長軸上的位置，并不改變其形狀。 對 PDL 譜峰值對應波長的計算可能會存在誤差，由圖 1 可看出，譜線頂端很尖銳。 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 23 結論 ： 以上提出了一種新的基于光纖光柵測電磁場的系統(tǒng)，基于光纖光柵的基本理論，設計了光纖光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)，并應用 MATLA 的軟件，通過嚴謹?shù)姆抡娣治鲎C明其可行性?；谝陨系膶W習我初步了解了光纖光柵的發(fā)展歷史，光纖光柵在我們的生活的各個領域扮演者及其重要的角色，得到廣泛的應用。 畢業(yè)設計是大學學習的一個綜合檢驗，不僅是我即將讀碩士研究生的過渡，而且是增強我們動手能力和研究能力的一次實際鍛煉。她 待人熱忱，知識淵博，治學嚴謹，時刻關心著我的畢業(yè)設計進程，及時糾正我存在的問題，使我少走了不少彎路，并為我搜集了大量的參考資料，在此，我對您的教導和幫助表示由衷的敬意和感謝！ 其次是要感謝對我的畢設給予過幫助和建議的程亞嬌、張力同學，感謝學長李慧博。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。學?？梢怨颊撐模ㄔO計）的全部或部分內(nèi)容。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。 作者簽名： 指導教師簽名： 日期： 日期： 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 27 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關鍵詞 4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 萬字。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設計）授權使用說明 本論文（設計）作者完全了解 **學院有關保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質(zhì)版。 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 25 參考文獻 （ 1）趙勇，光纖光柵傳感技術 [M].北京：國防工業(yè)出版社， 20xx. （ 2） KERSEY A D, MARRONE M J. Fiber Bragg Grating HighMagicField Probe[A].Proc. SPIC, Tenth International Conference on Optical Fiber Sensors, 1994, 2360(9):5356. （ 3） 彭暉，蘇洋，李玉權 ， 等 .基于光纖光柵磁場測量新方法 [J].光學學報 .20xx,28(9):17171722. （ 4） 蘇洋．基于光學傳感的脈沖磁場測量方法關鍵技術研究 [D]．南京：中國人民解放軍理工大學通信工程學院博士論文， 20xx （ 5） 董暉．單模光纖中偏振效應 —— 雙折射、偏振相關損耗和偏振模傳感器的測量影響。 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 24 致謝： 先要感謝導師葛海波老師，在整個畢業(yè)設計過程中，我遇到了許多問題和困惑，商老是耐心指導我查閱具體，通過電話，面授等方式隨時細心幫助解答畢業(yè)設計中遇到的問題，引導我積極思考，充分理解課題的內(nèi)容。光纖作為光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分發(fā)揮了重要作用，是通信的基礎。由于個人水平限制，所以在仿真結果上顯示仍存在一些不足，但仍舊做出一些期望的結果，是相對比較成功的。 器件本身存在損耗，偏振分束器不能做到無損分束。其主要來源于以下幾個方面： 光纖光柵固有的雙折射引起的光源左旋與右旋偏振光 分裂 ，由此自有的偏振相關損耗有 。 1 . 5 5 6 7 1 . 5 5 6 7 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 8 1 . 5