光纤传感系统

1、关于光纤传感系统第一张，PPT共八十七页，创作于2022年6月3.1 光纤传感系统的组成光源传感头光电探测器信号处理光纤（光纤或非光纤）（信号接收）被测参量光纤传感系统主要包括光源、传感头（光纤或非光纤）、传输光纤和光纤器件以及光电探测器等。当光电探测器完成了传感信号的光电转换后，光信号的处理就变成了电信号的处理问题。第二张，PPT共八十七页，创作于2022年6月3.2 光纤 光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料等制成的纤维中的全反射原理而实现光传导的工具。 通常以高纯度的石英玻璃为主,掺少量杂质锗、硼、磷等。材料:细长的圆柱形，细如发丝(通常直径为几微米到几百微米)形状：第三张，P

2、PT共八十七页，创作于2022年6月结构n1n2n1n2纤芯包层涂覆层护套 两个同轴区，折射率较高的内区称为纤芯，折射率较低的外区称为包层。通常，在包层外面还有一层起支撑保护作用的套层。第四张，PPT共八十七页，创作于2022年6月基本光学定义和定律光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为： v=c/n 式中：c2.997105km/s，是光在真空中的传播速度；n是介质的折射率。 常见物质的折射率： 空气 1.00027；水 1.33；玻璃 (SiO2) 1.47折射率大的媒介称为光密介质，反之称为光疏介质光在不同的介质中传输速度不同第五张，PPT共八十七页，创作于2022年6月折射-反射原

3、理 当一束光线以一定的入射角1从光密介质1射到光疏介质2的分界面上时，一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播。 第六张，PPT共八十七页，创作于2022年6月当时，全反射临界角 只有时，才能发生全反射第七张，PPT共八十七页，创作于2022年6月条件实现惠更斯-菲涅耳原理（不同入射角光纤在光纤中传输的比较（设与入射临界角 相对应的光纤入射光的入射角 为当时，入射光在光纤内全反射传输；时，入射光在光纤内部分传输，大部分泄露出光纤.当 称为孔径角，反映了光纤集光能力的大小第八张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤传光与数值孔径n02maxn2n1数值孔径：光

4、纤的数值孔径取决于光纤的折射率，而与光纤的几何尺寸无关。 NA表示光纤接收和传输光的能力。NA越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高；但NA越大经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。应适当选择NA。 第九张，PPT共八十七页，创作于2022年6月 即使是最好的光纤，光从它的一端传到另一端，强度也会有所减弱。光纤中的信号劣化与光纤的传输特性有关。光纤的传输特性主要是指光纤的损耗特性和色散特性。第十张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的损耗 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，而光功率强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗（或衰减）。 式

5、中： 为光纤损耗 L 为光纤长度 Pi、Po 分别为光纤输入输出功率第十一张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的损耗 光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。 第十二张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里吸收损耗散射损耗弯曲损耗光纤的损耗吸收损耗是由制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子和氢氧根离子等杂质对光的吸收而产生的损耗。光吸收系数调制光纤传感器第十三张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里光纤的损耗 散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。 结构缺陷散射

6、产生的损耗与波长无关。 吸收损耗散射损耗弯曲损耗第十四张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里光纤的损耗光纤的弯曲有两种形式：曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲，称为弯曲或宏弯；光纤轴线产生微米级的弯曲，这种高频弯曲习惯称为微弯。吸收损耗散射损耗弯曲损耗第十五张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里光纤的损耗宏弯：在光缆的生产、接续和施工过程中，不可避免地出现弯曲。光纤有一定曲率半径的弯曲时就会产生辐射损耗。当曲率半径减小时，损耗以指数形式增加。高阶模比低阶模容易发生宏弯损耗，可用弯曲的办法滤掉高阶模消逝场qqq qcqRCladdingCore场分布吸收损耗散射损耗弯曲损耗

7、第十六张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里吸收损耗散射损耗弯曲损耗光纤的损耗 微弯的原因 光纤受到侧压力和套塑光纤遇到温度变化时，光纤的纤芯、包层和套塑的热膨胀系数不一致 导致的后果 造成能量辐射损耗微弯损耗第十七张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里吸收损耗散射损耗弯曲损耗光纤的损耗高阶模功率损耗低阶模功率耦合到高阶模抑制：在光纤外面一层弹性保护套利用：微弯调制型光纤传感器第十八张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的色散 色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模间色散、材料色散和

8、波导色散。 第十九张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里模间色散材料色散波导色散 模间色散是指多模传输时同一波长分量的各传导模的群速度不同而引起到达终端的光脉冲展宽的现象。仅发生于多模光纤光纤的色散第二十张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里模间色散材料色散波导色散 材料色散是由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光)，其时间延迟不同而产生的。 这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。 光纤的色散第二十一张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里模间色散材料色散波导色散 波导色散是由于波导结构参数与波长有关

9、而产生的， 它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。光纤的色散第二十二张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里光纤的色散 光纤具有不同的类型，各种色散对各种光纤的影响也不同。 一、单模光纤的色散 由于单模光纤只传输一种模式，因而它不存在模间色散，只有模内色散，即材料色散和波导色散。 通常，材料色散比波导色散大两个量级。但是，在零色散区，材料色散与波导色散值大致相当，只是两者符号相反。对于石英光纤，其材料色散在 近似为零第二十三张，PPT共八十七页，创作于2022年6月圆孔爱里光纤的色散二、多模光纤的色散 对于多模光纤，模间色散通常占主导地位。如果把模间色散平衡掉，则剩下的是材料色

10、散和波导色散。此时，情况与单模传输类似，不同的是这里的波导色散是多模波导色散。在多模光纤中，波导色散与材料色散相比，常常可以忽略。第二十四张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类1.根据光纤能传输的模式数目，可将其分为单模光纤和多模光纤。 区别：单模：只能传输一种模式的光纤多模：能同时传输多种模式的光纤A 传输的模式数（定义） B 纤芯尺寸 单模：纤芯直径小（212m）多模：纤芯直径大（50500m）第二十五张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类单模：折射率差小多模：折射率差大 C 纤芯-包层折射率差值 单模：不存在模间色散，具有比多模光纤大得 多

11、的带宽 ，适于长距离传输，用于相位 调制型或偏振态调制型光纤传感器； 多模：存在模间色散，只能用于短距离传输， 常用于强度调制型或传光型光纤传感器D 适用范围 第二十六张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类在光纤中允许存在的模式数目 其中，g为光纤断面折射率分布指数，决定光纤折射率沿径向分布的规律；V 称为光纤的归一化频率，是一个反映光纤结构特征的重要参数，单模光纤确切的判据是：V2.405 为波数，r为纤芯半径，NA为光纤数值孔径是否单模传输，与 (1) 光纤自身的结构参数和 (2) 光纤中传输的光波长有关。第二十七张，PPT共八十七页，创作于2022年6月 理论上的

12、截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。 截止波长光纤的分类光纤的分类 截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输，并且可以抑制高次模的产生或可以将产生的高次模噪声功率代价减小到完全可以忽略的地步。第二十八张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类 指描述单模光纤中光能集中程度的参量。模场直径: 模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度就越大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光纤的非线性效应，造成光纤系统的光信噪比降低，影响系统性能。 因此，对于传输光纤而言，模场直径越大越好.第二十九张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类2.根据传输

13、的偏振态分布，单模光纤可分为非保偏光纤和保偏光纤。差别是前者不能传输偏振光，后者能。 保偏光纤又可以分为单偏振光纤、高双折射光纤、低双折射光纤和圆偏光纤。 只能传输一种偏振模式的光纤为单偏光纤；只能传输两正交偏振模式、且传播速度相差很大的光纤为高双折射光纤，而传播速度近于相等的光纤为低双折射光纤；能传输圆偏振光的光纤为圆偏振光纤。第三十张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类3.根据纤芯折射率分布，可分为阶跃型折射率光纤和梯度（渐变）折射率光纤。 纤芯折射率是均匀的，在纤芯和包层的分界处，折射率发生突变A 阶跃型 B 梯度折射率型 折射率是按一定的函数关系随光纤中心径向距

14、离变化而变化，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。 第三十一张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类4.根据制造材料，可分为石英光纤、多组分玻璃纤维、塑料光纤、红外光纤、液芯光纤、光子晶体光纤等光传输损耗低。一般低于1dB/km，目前已研制出在2.25m 波长处损耗低达0.16dB/km 的单模光纤A 石英光纤 B 多组分玻璃纤维 纤芯-包层折射率可在较大范围内变化，有利于大NA光纤制作，但材料损耗大，在可见光波段一般为1dB/m。第三十二张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类C 塑料光纤优点：重量轻，为石英光纤的1/31/2 。这在导弹、人造卫

15、星、宇宙航行中有重要的应用。韧性好。直径为2mm 仍可自由弯曲而不断裂，而玻璃光纤直径大于500m 就不能弯曲。对不可见光透过性能好。光学塑料在可见光和近红外波段的透过性能接近光学玻璃，在远红外和紫外波段，透过率可以大于50%，比光学玻璃好。成本低，工艺简便。塑料的原材料比玻璃便宜，而且操作温度通常在300以下，而玻璃光纤的制作则需要1000以上的高温，工艺比玻璃光纤简单。第三十三张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类C 塑料光纤损耗大，一般在几十到几百分贝每公里，但在0.65 0.68m，波段得到了损耗为20dBkm 的塑料光纤缺点：耐热性差。一般只能在-4080的温

16、度范围内使用，只有少数塑料光纤可以在200附近工作。当温度低于-40时，塑料光纤将变硬、变脆。由于塑料熔点低，比玻璃易老化。抗化学腐蚀和表面磨损性能比玻璃差。在丙酮、醋酸乙腊或苯的作用下，光学性能会受到很大影响，表面易被划伤，影响光学质量。第三十四张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类C 塑料光纤 塑料光纤主要用作短距离照明或在监控方面作传光媒质、内窥镜等，在这方面，塑料光纤可以与玻璃光纤竞争，甚至可以部分地代替玻璃光纤。 塑料光纤与发光二极管和光探测器的耦合简单而且效率高，虽然它的损耗还大于石英光纤，但在120 米以内作传输媒质使用，塑料光纤还比石英光纤优越。第三十五

17、张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类D 红外光纤可透过近红外（15um）和中红外（10um）的光波，在红外探测与传输方面具有石英光纤无法替代的作用；极低的理论损耗极限(10-3dB/km)，因此在长距离光纤通信，尤其是跨洋通信中具有极其诱人的前景。E 液芯光纤 采用液体材料作为芯料、聚合物材料作为皮层管，具有大芯径，大数值孔径、光谱传输范围广、传光效率高等特点，尤其是在紫外光波段比普通的石英传光束具有优越的传光效率，已广泛应用于传感测量（温度、电压、折射率等）、紫外固化、荧光检测、刑侦取证、光谱治疗等。（南京春辉科技实业有限公司已有成熟产品 ）第三十六张，PPT共八十

18、七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类F 光子晶体光纤定义光子晶体光纤（photonic crystal fiber，PCF），又称多孔光纤或微结构光纤，是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成，通过这些微小空气孔对光的约束，实现光的传导。独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF与常规光纤相比具有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域。第三十七张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类F 光子晶体光纤就结构而言，PCF可分为实心光纤和空心光纤实心光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律排列在石英玻璃棒周围的光纤；空心光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律排列在

19、石英玻璃管周围的光纤。光子晶体光纤技术中最具革命性创新，通过在光纤包层中产生光子带隙将光限制在中央的空心核中传播第三十八张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类F 光子晶体光纤折射率导光机理光子能隙导光机理按导光机理来说，PCF可以分为两类：第三十九张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类折射率导光机理周期性缺陷的纤芯折射率（石英玻璃）和周期性包层折射率（空气）之间有一定差别，从而使光能够在纤芯中传播，这种结构的PCF导光机理依然是全内反射。但与常规G.652光纤有所不同，由于包层包含空气，使得空芯PCF中的小孔尺寸比传导光的波长还小，所以这种机理称

20、为改进的全内反射（Modified Total Internal Reflection）。第四十张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类光子能隙导光机理 在空心PCF中形成周期性的缺陷是空气，传输机理是利用包层光子晶体对一定波长的光形成光子能隙，光波只能在空气芯形成的缺陷中存在和传播（光子带隙效应（Photonic Bandgap Effect）。传输机理具体解释：第四十一张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类结构设计灵活，具有各种各样的小孔结构；纤芯和包层折射率差可以很大；纤芯可以制成多种样式；包层折射率是依波长而变的函数，包层性能反映在波长尺度

21、上PCF的特点：第四十二张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类无截止单模( Endlessly Single Mode) 不同寻常的色度色散 优良的双折射效应 易于实现多芯传输 PCF的特性：第四十三张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤的分类光纤的分类PCF应用领域高功率低损耗近红外激光传输脉冲整形，脉冲压缩非线性光学光纤传感领域 第四十四张，PPT共八十七页，创作于2022年6月3.3 光源光纤传感器所选用的光源类型的意义 决定了此传感器的工作模式、信号处理方法、分辨率、灵敏度及测量精度；光源的作用： 将电信号电流转换为光信号功率；选择光源应考虑的因素 光源

22、的波长、尺寸、输入输出功率、稳定性、相干性、光谱特性，与光纤的耦合难易程度以及价格等；第四十五张，PPT共八十七页，创作于2022年6月本章内容光波：波长为10106nm的电磁波可见光：波长380780nm紫外线：波长10380nm， 波长300380nm称为近紫外线 波长200300nm称为远紫外线 波长10200nm称为极远紫外线，红外线：波长780106nm 波长3m（即3000nm）以下的称近红外线 波长超过3m 的红外线称为远红外线。基本知识第四十六张，PPT共八十七页，创作于2022年6月本章内容激光器（相干光源） 按工作方式分类： 激光器的工作原理：连续式（功率可达104 W）脉

23、冲式（瞬时功率可达1017W /cm2 ）自由辐射、受激吸收和受激辐射激光物质激励能源光学谐振腔产生激光必要条件1. 实现粒子数反转.使原子被激发.要实现光放大 第四十七张，PPT共八十七页，创作于2022年6月本章内容激光器（相干光源）激光的形成过程 工作物质 激励、受激辐射 自激振荡增益 外界能量注入（泵浦） 光学谐振腔第四十八张，PPT共八十七页，创作于2022年6月1 半导体光源 半导体光源是光纤系统中最常用的也是最重要的光源。其主要优点是体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长，频率可调制、供电电源简单等。它与光纤的特点相容，因此，在光纤传感器和光纤通信中得到广泛应用。第四十九张，PPT

24、共八十七页，创作于2022年6月半导体光源分为发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。联系：发光波长由半导体的能隙决定； 常采用异质结构不同点：LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光；LD发射的是相干光，LED发射的是非相干光第五十张，PPT共八十七页，创作于2022年6月发光二极管（LED） 优点： 输出光功率较小，谱线宽，调制频率较低。不适于需要功率高、调制速度快、单色性好的光源的传感器中。 性能稳定，寿命长，输出光功率线性范围宽， 而且制造工艺简单，价格低廉，可用于简易的光纤传感器，大大降低成本。不足：第五十一张，PPT共八十七页，创作于2022年6月 半导体激光器（LD）

25、 优点： 长时间工作后性能退化，甚至变质； 单色性和方向性不好。 效率高、体积小，波长范围较宽，价格低，在光纤传感中使用非常方便，特别是在光纤混合传感器中，常用较大功率的LD作为光源，通过光电转换后给传感器探头提供电功率，已实现温度、压力等传感系统实用化。 不足：第五十二张，PPT共八十七页，创作于2022年6月超辐射发光二极管（SLED）：兼具LD输出功率高和LED输出光谱宽的特点，且具有短相干长度，但价格比二者均高。 应用：光纤陀螺、光相干层析成像（OCT）、分布式光纤传感、白光干涉仪等光纤传感系统第五十三张，PPT共八十七页，创作于2022年6月 最常用的气体激光源有： 工作波长为0.6

26、33 um或1.15 um的氦氖激光器工作波长为10.6um的二氧化碳激光器工作波长为457 514 nm 的氩离子激光器2 气体激光器 缺陷：体积较大，使用不方便，多用于实验系 统中，而在实际传感系统中应用较少。 以气体或金属蒸气作为主要工作物质的激光器。 优点：相干度高，可产生高连续功率。 第五十四张，PPT共八十七页，创作于2022年6月特点：极好的单色性、高度的相干性和很强的方向 性（发散角小），价格适中，实验室常用。氦氖（He-Ne）激光器组成:放电管(充有工作物质氦气氖气的玻璃管及电极)、输出镜及全反镜(光学谐振腔)、电源(激励装置)实际组成:激光器(放电管、输出镜及全反镜)与电源

27、按放电管与输出镜、全反镜连接方式：内腔式、外腔式及半外腔式第五十五张，PPT共八十七页，创作于2022年6月 使用时谐振腔不用调节，价格低，使用方便。内腔式氦氖激光管优点：缺点：单模输出激光功率低。工作过程中放电管受热变形时，谐振腔反射镜会偏离相互平行位置，造成器件损耗增加，输出功率下降。激光管越长，其热稳定性越差，所以内腔式激光管的长度一般不超过一米。当谐振腔反射镜损坏后，不易更换，反射镜内表面污染后也无法清除。第五十六张，PPT共八十七页，创作于2022年6月外腔式氦氖激光管输出镜、全反镜安装在谐振腔调节架上，谐振腔调节架安装在激光器支架两端，放电管(激光管)安装在谐振腔调节架之间的激光器

28、支架上 结构：第五十七张，PPT共八十七页，创作于2022年6月外腔式氦氖激光管优点：缺点：单模、线偏振输出、激光功率大、输出功率稳定性高；由于谐振腔镜与放电管分离，放电管的热变形对谐振腔影响较小，加上谐振腔可以调整，因此，长期使用中能保持稳定输出。结构复杂，价格高； 由于谐振腔镜与放电管分离，相对位置易改变， 需要经常调整， 使用不方便。第五十八张，PPT共八十七页，创作于2022年6月 按激光器工作时放电管产生的热量对激光器支架不同的影响，激光器支架可分为散热型激光器支架（激光器输出功率始终有明显慢漂移 ）、隔热型激光器支架（机壳外形体积较大 ）、保温型激光器支架三种结构。目前普遍采用保温

29、型激光器支架。第五十九张，PPT共八十七页，创作于2022年6月激光器体积小，重量轻，输出功率稳定性高 保温型激光器支架结构 第六十张，PPT共八十七页，创作于2022年6月半外腔式氦氖激光管 左端结构与外腔式相同：输出镜安装在一谐振腔调节架上，谐振腔调节架安装在激光器支架一端，放电管安装在激光器支架上。右端与内腔相同：全反镜直接封接在放电管另一端外侧的玻璃外套管上(半外腔式氦氖激光器为非常规产品，通常需要定做) 结构：第六十一张，PPT共八十七页，创作于2022年6月半外腔式氦氖激光管优缺点介于内、外腔式之间；为非常规产品，通常需要定做。第六十二张，PPT共八十七页，创作于2022年6月功率

30、高（数瓦），是目前可见光区域输出功率最高的连续工作激光器。优点：缺点：价格高，效率低，使用不便应用：对于非线性效应和大面积受相干光照射的全息处理有用 氩离子（Ar）激光器第六十三张，PPT共八十七页，创作于2022年6月工作在红外区，具有高效性，在脉冲工作方式下产生几千瓦的功率，在连续工作时，产生几瓦的功率优点：缺点：价格高，使用不便应用：加工（焊接、切割、打孔等），通讯、雷达、化学分析，激光诱发化学反应，外科手术等方面 二氧化碳（CO2）激光器第六十四张，PPT共八十七页，创作于2022年6月3 固体激光器根据工作物质分类： 红宝石激光器，波长：694.3nm； Nd:YAG激光器，波长：1

31、.06m； 钕玻璃激光器：波长:1.06m； 输出能量大、峰值功率高、器件结构紧、便于光纤耦合、使用寿命长和单元技术成熟等。优点：固体激光器即激光物质为固体的激光器。第六十五张，PPT共八十七页，创作于2022年6月 可以用于测量吸收光谱，如测量由污染物产生 的瑞利、喇曼散射光谱; 可用于超长距离的测量，如月球到地球的离 可利用红宝石激光器的荧光热效应来测量环境 温度等。固体激光器的在光纤传感应用： 常用惰性气体放电灯泵浦效率低，热效应严重，限制了输出功率的进步提高和光束质量的改善。不足：第六十六张，PPT共八十七页，创作于2022年6月4 光纤激光器 光纤激光器是指用掺稀土元素的光纤作为激光

32、介质的激光器，属于固体激光器。 根据掺杂离子的不同以及两端起反射镜功能机理的不同，可以分为稀土类掺杂光纤激光器、光纤光栅激光器、非线性效应光纤激光器、单晶光纤激光器、塑料光纤激光器、光孤子激光器、放大自发辐射ASE光源、光子晶体光纤激光器等。第六十七张，PPT共八十七页，创作于2022年6月优势：阈值低，增益高;利用定向耦合和Bragg反射，可制作窄线宽、可调谐光纤激光器;光纤导出，与现有的光纤器件完全兼容，能很好地与光纤耦合，能进行全光纤测试，可传输系统光源，这在任何光系统、光器件的设计中都是及其珍贵也及其重要的；光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可绕性所带来的小型化、集约化优势；第六十八张

33、，PPT共八十七页，创作于2022年6月优势：谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的；胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度；热效应低，不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷；高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦；高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。 第六十九张，PPT共八十七页，创作于2022年6月在光纤传感中的有着十分重要的地位：光纤激光器具有效率高、可调谐、稳定性好、紧凑小巧、重量轻和光束质量好等优异性能； 光纤激光器和光纤传感器能相互兼容，光纤激光器产生的激光可以很容易耦合到

34、传感器中；光纤激光器既可以作为传感器的优质光源，自身也可作为传感器，在传感中有着广阔的应用前景。特别是用作光纤时域发射（OTDR）测量的强光源以及光纤陀螺的宽带发射源。 第七十张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光源中常用概念：功率dBm和瓦特之间换算：dBm=30+10lgW; lgW=(dBm-30)/10波数(cm-1)=104/波长(um)=107/波长(nm)线宽： 第七十一张，PPT共八十七页，创作于2022年6月3.4 光电探测器光电探测器： 光电探测器是一种将光信号转换成电信号的器件，它实现光电信息转换是基于物质在光作用下释放出电子这一物理现象(即光电效应)。外特性参数：

35、 光谱响应特性，光电灵敏度，暗电流和噪声特性第七十二张，PPT共八十七页，创作于2022年6月线性好，按比例地将光信号转换为电信号；灵敏度高，能敏感微小的输入光信号，并输出较大的电信号；响应频带宽、响应速度快、动态特性好；性能稳定、噪声小等。光纤传感器用光探测器的要求第七十三张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光谱响应特性输出光电流的相对值与输入光信号波长的关系曲线归一化光谱响应曲线: 把响应的相对最大值作为1截止波长:峰值响应波长 : 响应度最大时所对应的波长当光波长偏离 时，响应度便下降。当响应度下降到其峰值的50时，所对应的波长第七十四张，PPT共八十七页，创作于2022年6月 光电灵敏度 在给定波长的入射光照射下，输入单位光功率时，光探测器的输出值。（光电转换能力） 暗电流是指光探测器在反向电压作用下没有光输入时的输出电流。暗电流是一种噪声，暗电流小的探测器性能稳定，噪声低，检测弱信号的能力强。第七十五张，PPT共八十七页，创作于2022年6月光纤传感器中常用光电探测器及特性第七十六张，PPT共八十七页，创作于2022年6月 PIN管是光电二极管中的一种。它的结构特点是，在P型半导体和N型半导体之间夹着一层（相对）很厚的本征半导体。这样，PN结的内电场就基本上全集中于本征层中，从而使PN结双电层的间距加宽，结电容变小。时间常数变小，频带变宽。 P-Si N-