基于光纖環形激光器的optisystem仿真及其傳感應用

近年來,光纖傳感器在航空航天領域,工業制造,醫療等領域引起了越來越多的關注,因為他們體積小,結構簡單,靈敏度高,抗電磁干擾強,防腐性能好的特點。各種各樣的傳感器結構被設計出來,以便于提高傳感的靈敏度和精確性。比如FP,MZI,Sagnac環,各種FBG等結構。

但是,對著需求的提高,上述結構的傳感器的性能通常是有限的,需要進一步改進。為了滿足高信噪比和窄3db帶寬的要求,光纖環形激光傳感器系統近年來得到了廣泛的應用。由于激光器天然的高信噪比和高靈敏度,微小的擾動均能夠極大的影響激光輸出的穩態平衡,因此,將不同結構的傳感頭結合到光纖激光器中,可以實現將微小信號放大的作用,可以進一步提高光纖傳感器的靈敏度。

OptiSystem是一個光通信系統仿真包,用于設計、測試和優化廣譜光網絡物理層中幾乎任何類型的光鏈路,從模擬視頻廣播系統到洲際骨干網絡。其對放大器和激光器(EDFA, SOA, Raman, Hybrid, GFF優化,光纖激光器)仿真的支持滿足了我們通過改變特點參數進行光纖傳感仿真的需求。圖1表明了optisystem對于光纖環形腔基本結構的仿真。

基于光纖環形激光器的optisystem仿真及其傳感應用的圖1

圖1,光纖激光器的基本結構

已經通過對多種結構的光纖激光器的實現了仿真:

基于光纖環形激光器的optisystem仿真及其傳感應用的圖2

方案一雙向環形泵浦振蕩器,可利用信號發生器調制不同相位差的光路實現鎖模。

基于光纖環形激光器的optisystem仿真及其傳感應用的圖3

方案二單向環形泵浦振蕩器,可利用信號發生器調制不同相位差的光路實現鎖模。雙向方式的輸出功率大于單向環形泵浦振蕩器。主要原因是雙向對摻雜離子的利用率最高,反轉粒子數水平低于單向方式。

基于光纖環形激光器的optisystem仿真及其傳感應用的圖4

方案三單向激光器,利用CW laser作為種子光源,優點在于結構簡單,缺點是輸出效率低,需要較長的摻雜光纖和較高的泵浦源。

基于光纖環形激光器的optisystem仿真及其傳感應用的圖5

方案四光纖環形腔,利用optical filter實現選模,實現鎖模激光器。

基于光纖環形激光器的optisystem仿真及其傳感應用的圖6

方案五單向環形激光器,在鎖模的同時,利用optical filter起到選模作用,實現可調諧激光器的仿真。

上述幾種方案均能實現光纖激光輸出,當結合響應的傳感頭如FBG能實現多種傳感效果。

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