浅析直线腔掺铒光纤激光器有源内腔吸收型气体检测灵敏度分析.pdfVIP

第45卷第2期 天津大学学报 v01．45No．2 2012年2月 Journalof Feb．2012 TianjinUniversity 【主编特邀】——新一代光纤智能传感网与关键器件 专家点评：以智能传感为特点的新一代光纤传感网及其关键器件研究是未来光纤传感技术的发展方向．自20世 纪80年代，低损耗光纤的出现使得光纤传感技术显示出了广阔的应用前景．90年代后期，光纤传感技术呈产业化发 展并形成了能源、环境、医学、地质、国防等应用领域．进入21世纪后，基于复用技术和数据融合模型的传感网成 为人们争相研究的焦点． 随着我国经济社会不断向前发展，光纤传感技术在国家安全、重大工程等多个领域具有重大的社会需求和应用 前景．在国家安全监控方面，光纤传感技术能提供大范围、实时、非侵入式监测手段．在重大工程安全监测方面．光 纤传感技术的抗电磁干扰、电绝缘和体积小的特性使其具有显著优势． 诚然，光纤传感技术虽已取得了较大进步，极大地推动了人类社会向前发展．但光纤传感技术的发展还存在着 两个根本性制约因素：一是对光纤传感机理的研究不足，且受到结构、工艺等方面的束缚，光纤传感器的灵敏度和 稳定性尚不能满足日益增长的发展需要；二是对待测参量的研究不足，使得解调结果无法与实际被测量的物理状态 关联，从而限制了光纤传感网的应用范围．因此，采用新原理、新技术和新方法的新一代光纤智能传感网及其关键 器件已成为当前信息学科发展的前沿之一． 本期选登的几篇文章设计新型气体传感器的灵敏度分析，气体传感和布拉格光栅传感器的新型解调算法，以及 光纤传感网用多波长光源的研究，是天津大学承担的973项目“新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究(项目 带来参考价值． 天津大学刘铁根 直线腔掺铒光纤激光器有源内腔吸收型 气体检测灵敏度分析 景 磊1，一，姚建铨1，一，陆 颖1，一，黄晓慧1，2 (1．天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072； 2．天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津300072) 摘 要：本文提出一种基于掺铒光纤激光器的有源内腔吸收型全光纤气体检测技术．以掺铒光纤激光器二能级速率 方程为基础，理论上分析了腔镜反射率、阈值附近激光增益的非线性效应和模式竞争对气体检测灵敏度的影响．分 析表明：改变腔反射镜的反射率可改变激光的反射次数，相当于改变了吸收长度以提高探测灵敏度；闽值附近激光 增益的非线性效应对灵敏度的改变具有非线性性，如果不考虑自发辐射，阈值附近探测灵敏度放大倍数理论上可以 达到无穷大；模式竞争效应相当于放大了气体的吸收系数，从而使得激光器多模运转时灵敏度比单模运转提高很 多倍． 关键词：光纤传感；有源内腔吸收型气体检测；灵敏度 中图分类号：TP212．14 文献标志码：A 文章编号：0493—2137(2012)02—0095—05 收稿日期： 2011-05．23；修回日期：2011．10．17． 基金项目： 国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2010CB327801) 作者简介： 景磊(1982一 )，男，博士研究生，hily790311@126．tom． 通讯作者： 姚建铨，jianquanyyahoo．tom． 万方数据 ·96· 天 津 大 学 学 报 第45卷第2期 Theoreticalof inan FiberLaser AnalysisSensitivityErbium—Doped