【正文】 對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。此系統(tǒng)相較于以前的系統(tǒng)具有精度高、高頻響應(yīng)好等特點(diǎn)，為研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型電磁場監(jiān)測設(shè)備打下基礎(chǔ)。 ，基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 20 通過 FPGA 編程可實(shí)現(xiàn)解調(diào)。 光纖光柵的選擇 光纖光柵的種類很多，主要分兩大類：一是 Bragg 光柵（也稱為反射或短周期光柵）；二是透射光柵（也稱為長周期光柵）。由 節(jié)的結(jié)論可得：對(duì)應(yīng)波長變化量很小，當(dāng)磁場變化 1000Gs 時(shí)，兩反射波長變化量僅為 ,當(dāng)磁場在 0～ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ， 快軸為 y 軸，左、右旋圓偏振光通過此波片時(shí)，轉(zhuǎn)化為線偏振光，非對(duì)應(yīng)波長左、右旋圓偏振光轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光。利用 PDL 與外加磁場的這一關(guān)系，進(jìn)行磁場測量。 ：光纖的有效折射率； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：偏振相關(guān)損耗定義 為兩個(gè)偏振模之間的差分損耗，對(duì)于光纖布喇格光柵 (FBG)，其 PDL 則為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (1)自然光 +線偏振光 (2)自然光 +圓偏振光 (3)自然光 +橢圓偏振光 偏振相關(guān)損耗 偏振相關(guān)損耗（ PDL）是偏振相關(guān)損耗是指對(duì)于所有偏振態(tài)，由于偏振態(tài)的變化產(chǎn)生的插入損耗的最大 變化值，以 db 為單位。 的平面內(nèi) ,兩光振動(dòng)表達(dá)式為： cos( )xxE A t kz??? （ 21） 0c o s ( )yyE A t k z??? ? ? （ 22） 將兩方程消去 t，得電矢量端點(diǎn)的軌跡方程： 錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。在迎光矢量圖上，自然光是一些均勻分布的輻射線。 光開關(guān) 光開關(guān)是光纖通信中光交換系統(tǒng)的基本單元，并廣泛用于光路監(jiān)控系統(tǒng)和光纖傳感系統(tǒng)。 圖 16 光纖光柵（ FBG）傳感原理圖 在光纖光柵傳感系統(tǒng)中，有各種各樣的器件巧妙地將光路連接起來，處理光信號(hào)。 光纖光柵器件 光纖光柵 光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，通過紫外光曝光的方法將入射光相干場圖樣寫入纖芯，在纖芯內(nèi)產(chǎn)生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，從而形成空間的相位光柵，其作用實(shí)質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的（透射或反射）濾波器或反基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 3 射鏡。 由于光纖光柵的出現(xiàn)，使許多復(fù)雜全光通信和傳感網(wǎng)成為可能，極大地拓寬了光纖技術(shù)的應(yīng)用范圍。 3． 完成本課題的工作方案 。起 止 時(shí) 間 工 作 內(nèi) 容 主要參考書目 (資料 )： （ 1）趙勇，光纖光柵傳感技術(shù) [M].北京：國防工業(yè)出版社， 20xx. （ 2）廖延彪，偏振光學(xué) [M].北京 :科學(xué)出版社 .. （ 3）畢衛(wèi)紅，張燕軍，齊躍峰等，光纖通信與傳感技術(shù) [M]，北京：電子工業(yè)出版社 . 主要儀器設(shè)備及材料： 仿真軟件 論文 (設(shè)計(jì) )過程中 教師的指導(dǎo)安排 ： 每周指導(dǎo)一次，主要解答學(xué)生問題，指導(dǎo)研究進(jìn)度，并檢查閱讀資料筆記和仿真程序。 論文作者簽 名： 時(shí)間： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 時(shí)間： 年 月 日 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職稱 教授 院 (系 ) 電子工程學(xué)院 專業(yè) 光電信息工程 題目 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 任務(wù)與要求 。由于光纖光柵的出現(xiàn)，使許多復(fù)雜全光通信和傳感網(wǎng)成為可能，極大地拓寬了光纖技術(shù)的應(yīng)用范圍。 ，完成論文初稿；最后完善并修改畢業(yè)論文。 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 2 1 光纖光柵的基本概念 光纖的基本概念 光纖的結(jié)構(gòu)十分簡單。 是光柵周期（相鄰折射率最大點(diǎn)間的距離）。耦合器就是用來連接 3 個(gè)或者更多的連接點(diǎn)。 光纖光柵傳感器 光纖光柵傳感器（ Fiber Bragg Grating Sensor）屬于光纖傳感器的一種，基于光纖光柵的傳感過程是通過外界物理參量對(duì)光纖布拉格（ Bragg）波長的調(diào)制來獲取傳感信息，是一種波長調(diào)制型光纖傳感器。 （ 2）圓偏振光 在垂直于光傳播方向的固定平面內(nèi)，光矢量的大小不變，但隨時(shí)間以角速度錯(cuò)誤 !未找到引用源。它們決定了合成偏振光的偏振態(tài)。 1/4 波片 當(dāng)線偏振光振動(dòng)方向與四分之一波片的光軸方向成 ? 時(shí)，則通過這種波片后線偏振光變?yōu)閳A偏振光。 從而得到左旋和右旋圓偏振光的能量透射系數(shù)為： )(c o s h)(s i n h)()( )(22)()(22)(2)(2)()( LLtT RLRLRLRL RLRLRL ??????? ??? （ 29） 其中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。本文中不采用直接測量布拉格波長漂移來測量磁場，而將其轉(zhuǎn)換為測量光柵的 PDL 來檢測磁場的大小。 ： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。根據(jù)公 錯(cuò)誤 !未找到引用源。若使用寬譜光源，則經(jīng)光纖光柵所有反射光經(jīng)波片后轉(zhuǎn)化為線偏振光與橢圓偏振光。 光纖光柵結(jié)構(gòu)也與偏振相關(guān)損耗（ PDL）也有密切關(guān) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 1 . 5 5 6 7 1 . 5 5 6 7 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 9 1 . 5 5 6 9 1 . 5 5 7 1 . 5 5 7 1 . 5 5 7 1 1 . 5 5 7 1x 1 0600 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8波長 ? / n m反射能量譜 圖 34 Bragg 光纖光柵 1 能量反射譜 （ 2）溫度變化下的反射能量譜 1 . 5 5 6 8 1 . 5 5 6 9 1 . 5 5 7 1 . 5 5 7 1 1 . 5 5 7 2 1 . 5 5 7 3 1 . 5 5 7 4x 1 0600 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8波長 ? /m反射能量譜 圖 35 不同溫度下的 Bragg 光纖光柵反射能量譜 如圖 35，從左往右分別為溫度在 0 度、 10 度、 20 度下的光纖光柵能量反射譜 。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(chǔ)。 作者簽名： 指導(dǎo)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(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)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(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?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?jǐn)?shù)不少于 萬字。她 待人熱忱，知識(shí)淵博，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，時(shí)刻關(guān)心著我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程，及時(shí)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(duì)您的教導(dǎo)和幫助表示由衷的敬意和感謝！ 其次是要感謝對(duì)我的畢設(shè)給予過幫助和建議的程亞嬌、張力同學(xué)，感謝學(xué)長李慧博。 對(duì) PDL 譜峰值對(duì)應(yīng)波長的計(jì)算可能會(huì)存在誤差，由圖 1 可看出，譜線頂端很尖銳。 解調(diào)算法 如圖 32 所示，光功率計(jì) 1 出射光功率為 錯(cuò)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(zhuǎn)方向相反的圓偏振光。 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(shè)計(jì) 解調(diào)可行性分析 磁場變化對(duì) PDL 譜的影響 由 節(jié)的結(jié)論可得出：如果磁場在 0～ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。迎著光傳播方向看，出射光的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，出射光為右旋圓偏振光；出射光的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，出射光為左旋圓偏振光。在測量的磁場動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，L? 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ：有效折射率； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 26） 其中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 當(dāng) ?? )2 12( ?? k 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 若在迎光的傳播方向觀察圓 偏振光的光矢量隨時(shí)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。 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(shí)刻所發(fā)光波，其振動(dòng)方向、振幅、初始相位各不相同。它包括一對(duì)線偏振器，兩個(gè)偏振器的偏振面放置成 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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(dǎo)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。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(dǎo)致光纖表面損傷而影響光纖的傳輸性能。 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(guān)損耗 （ PDL）成正比的原理，運(yùn)用 1/4波片將左旋圓偏振光和右旋圓偏振光轉(zhuǎn)化為線偏振光，再根據(jù)檢測出的兩偏振光的光強(qiáng)計(jì)算出磁場強(qiáng)度 。為了便于測量，一般采用 PDL 的峰值來測量磁場。 ———— 探索利用光纖光柵進(jìn)行磁場測量的新方法。 ———— 調(diào)研光纖光柵傳感器進(jìn)行磁場測量的方法與應(yīng)用 , 并學(xué)習(xí)掌握最基本的幾種解調(diào)方法。利用該特性，可以來測量磁場的大小 。本文 提出了一種新的使用光纖光柵測電磁場的方法。其中 涂覆層又稱被覆層，是一層高分子涂層，主要對(duì)裸光纖提供機(jī)械保護(hù)，因裸光纖的主要成分為二氧化硅，它是一種脆性易碎材料，抗彎曲性能差，韌性差，為提高光纖的微彎性能，涂覆高分子涂層。 （ 12） 基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 4 光纖光柵的分類 按周期長短 光纖光柵按折射率變化周期的長短可以分為兩類 （ 1） 短周期光纖光柵（ FBG，也叫反射或布喇格光柵）： 光柵周期一般為零點(diǎn)幾個(gè)微米，耦合發(fā)生在正向與反向傳輸?shù)哪Ｊ街g， 它的一個(gè)重要特性是將某一頻段內(nèi)的光反射回去。光隔離器的內(nèi)部工作機(jī)制依賴于偏振。 光波按偏振態(tài)來劃分，可分為三大類：自然光，完全偏振光 ， 部分偏振光。隨著時(shí)間推移，螺旋線以相速前移。 時(shí)，合成（正）橢圓偏振光。 是指在磁場作用下光纖中傳輸?shù)淖笮陀倚龍A偏振光有效折射率會(huì)稍有差異，其差為 ： 錯(cuò)誤 ! 未找到引用源。 ：折射率變化的條紋可見度，一般為常數(shù)，本文取 1； L：光柵長度； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的條件下， 式 213 可以近似簡化為： 2( ) 8 0 (1 0 ln 1 0 )e f f BRPD nVL B k ?? ????基于 Bragg 光柵磁場測量解調(diào)系統(tǒng)的研究 15 （ 214） 其中，如為沒有磁場作用條件下的布拉格波長。 為 2/? 的奇數(shù)倍時(shí)，橢圓光變?yōu)閳A偏振光。 。此頻率的光通過起偏器后得到線偏振光。同樣條件下，長度越長、調(diào)制深度越大、占空比越大， PDL 值越大。 偏振相關(guān)損耗（ PDL）峰值對(duì)應(yīng)波長與溫度等外界因素有關(guān)，光源波長的偏移也會(huì)影響測量的精度。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我的何亞蓉學(xué)姐給予了我悉心的指導(dǎo)和耐心的講解。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原