基于白光干涉的保偏光纤动态偏振耦合研究

作     者：王宇瑶 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张红霞

授予年度：2017年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：分布式偏振耦合 白光干涉仪 动态应力传感 迈克尔逊干涉仪 保偏光纤 

摘      要：基于白光干涉的分布式偏振耦合测试系统以其高动态范围、高空间分辨率以及高准确度等优点,被广泛应用于应力、应变、弯曲、位置、温度等一系列物理量的测量。在实际的分布式应力传感应用中,外界应力经常是随时间变化的。因此,对于动态应力的传感研究更具实际意义。本文在原有课题的基础上,将白光干涉偏振耦合测试系统应用到动态应力的频率测量上。对动态应力作用下的白光干涉图样进行了理论分析及模拟,并采用两种不同的方法对动态耦合点的频率进行了测量和数据处理。主要完成的工作如下:1、根据保偏光纤偏振耦合模型,利用光弹效应和弹性力学理论对保偏光纤受横向应力时的耦合强度进行了理论推导与分析,模拟了动态应力下的保偏光纤白光干涉图样,并比较了动态与静态应力下干涉图样的区别;提出了两种能够实现动态应力频率测量的方法。2、搭建了分布式动态偏振耦合测量实验系统,并对动态耦合点干涉图进行了测量。通过截取干涉图中动态耦合点干涉条纹、包络提取、傅里叶变化处理过程后从干涉图中提取到动态应力的频率。我们实现了10 Hz-180 Hz正弦动态应力、锯齿波应力、方波应力的测量以及两个正弦动态应力同时测量。正弦应力信号的测量均方根误差小于0.46 Hz。对系统能测量的频率上下限进行了推导,为5.95 Hz-381 Hz,并提出了提高系统频率上下限的方法。3、搭建了分立式动态偏振耦合测试实验系统,对正弦信号、锯齿波信号、方波信号、线性调频信号、频移键相信号分别进行了测量。对于周期信号,测量结果相对于理论结果误差小于1.11 Hz。该方法实现了对动态应力信号的实时监测,且频率测量上限达到了kHz级别。