光电子在信息领域中的主要应用

1、光电子在信息领域中的主要应用第1页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用技术方面： 光纤制造技术的提高光电子技术的发展 半导体光源性能的提高需求方面：1、军事应用；2、渴望把只能在实验室才能实现的高精度光学测量应用到 环境恶劣的生产、科研现场；3、许多关系国计民生的大型结构缺乏可靠的技术进行监测。光纤传感器产生的背景光线传感技术第2页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用1. 抗电磁干扰，电绝缘2. 灵敏度高3. 体积小，重量轻，外形可变4. 可检测的量多5. 可以实现分布式测量光纤传感器的特点：光线传感技术第3页，共

2、27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光源探测器入射光波的特征参量：振幅、相位、偏振态、波长等外界物理因素：温度、压力、电场、磁场、电流光纤传感型光纤传感器：外界物理量作用于光纤，改变了光纤的 传输参数或改变了 功能型 通过光纤的光波，光纤同时完成了传感和传光两种功能。光电子在信息领域中的主要应用光线传感技术光纤传感器的分类按功能分第4页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光源探测器敏感元件光纤光纤外界因素使通过敏感元件的光波的振幅、相位、偏振态等参量发生变化传光型光纤传感器：利用敏感元件或材料将被测量变成带有信息的光信号， 非功能型 通过光纤传输。光纤仅起传

3、输光的作用。光电子在信息领域中的主要应用光线传感技术第5页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用强度调制型光纤传感器光纤传感器的分类按调制原理分类 利用外界因素引起的光纤中光强的变化来探测物理量的光纤传感器。改变光纤中光强的办法：改变光纤的微弯状态、改变光纤的耦合条件、改变光纤对光波的吸收条件、改变光纤中折射率分布。变型器光纤微弯传感器光线传感技术第6页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一透射型光强调制（a）径（横）向位移；（b）轴向位移；（c）遮挡光闸位移；（d）响应曲线第7页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一受

4、抑全反射光强调制（a）结构；（b）光纤空隙（m）第8页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一反射机制光强调制原理第9页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一微弯光强调制机制第10页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用相位调制型光纤传感器 利用外界因素引起的光纤中光波相位变化来探测各种物理量的传感器。主要特点： （1）、灵敏度高； （2）、灵活多样； （3）、对象广泛； （4）、特殊需要的光纤。光纤干涉仪Mach-ZehnderMichelsonSagnac光线传感技术第11页，共27页，2022年，5月20日，17点3

5、5分，星期一四种干涉仪及其光纤结构第12页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用偏振态调制型光纤传感器外界因素使光纤中光波模式的偏振态发生变化，并对其加以检测的光纤传感器。基本原理是根据光纤材料的 Faraday 效应：光波在处于磁场中的光纤内传播时偏振光发生偏振面的旋转，其旋转角度于磁场强度、磁场中光纤的长度成正比。 VHLV：Verdet 常数光线传感技术第13页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用频率调制型光纤传感器光纤光栅传感器通过外界参量对布拉格中心波长的调制来获取传感信息光线传感技术第14页，共27页，2

6、022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用温度传感器位置传感器流量传感器应变传感器磁场传感器电流传感器电压传感器压力传感器核辐射传感器，等等按测量对象来分类光线传感技术第15页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用一、光源特性1、几何特性：光源的光斑与光纤的匹配程度2、频谱特性：中心波长0和光谱宽度3、电光特性：电源对光输出的影响4、环境特性：光源的稳定性、可靠性、使用寿命光 纤 传 感 器 的 光 源光线传感技术第16页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用宽带连续光谱光源：钨灯、高压水银灯和氙灯

7、。光谱分布具有黑体辐射的特征它们的辐射光谱约为0.43.0um，为玻泡的光谱光谱最大值的位置取决于炽热体温度寿命短(千小时)与光纤的耦合效率极低主要应用在白光干涉型光纤传感器中超辐射LED(SLED)有望取代它们二、几种常用光源光线传感技术第17页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用单色性、相干性、方向性和高强度散斑噪声气体激光器(He-Ne)与半导体激光器(LD)1. He-Ne：相干长度长，输出波长相对稳定性高输出功率稳定性差、噪声大适用于计量干涉条纹、数字式光纤传感器采用稳频措施后，性能会有所改善三、激光器：光线传感技术第18页，共27页，2022

8、年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用2. LDFP与DBF之分体积小、重量轻、效率高、寿命长光源噪声较小相位调制、数字式光纤传感器强度调整、偏振调制性光纤传感器注意散斑噪声光线传感技术第19页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用三、半导体发光二极管(LED)非相干光源输出功率稳定性好，噪声极低出纤功率较低高精度的强度调制、偏振调制型光纤传感器白光干涉型光纤传感器光线传感技术第20页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子技术的主要应用 钨灯在温度T2850K时的归一化光谱分布 LED的光谱分布FP激光器的输出光谱

9、光线传感技术第21页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子在信息领域中的主要应用光线传感技术1. 分布式： 同时测量空间多个点环境参数， 甚至能测量空间连续分布的环境参数；2. 复用式： 利用一根共用的光纤信道，从多个不同位置测量 同一个或不同物理量。分布式光纤传感器的发展 1981英国提出 1983 英国原理性实验(Rayleigh散射) 1985 英国实验室 90年代 英国和日本推出分布式温度传感器的产品分布式光纤传感器第22页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子在信息领域中的主要应用光线传感技术1.各种大、中型变压器、发电机组的温度分布测

10、量、热保护和故障诊断2. 地下和架空高压电力电缆的热点检测和监控火力发电所的配管温度、供热系统（暖水、暖气）的管道、输油管道的热点检测和故障诊断4. 医院监护病房的温度监测和火灾监测煤矿、隧道的灾害防治及其报警系统油库、油罐、危险品仓库、大型仓库和大型轮船的货仓火灾及报警系统7. 化工原料，照相材料及油料生产过程的在线、动态检测8.高层建筑、智能大厦、桥梁、高速公路等在线、动态检测、防护及报警机敏材料和结构（smart materials and structure）：用于航空、航天飞行器的在线、动态检测和机器人的神经网络系统第23页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子在信息领域中的主要应用光线传感技术光纤传感器复用技术的核心之一就是如何区分出不同的传感器。按照其原理可以分为：时分复用、波分复用、空分复用。时分复用:在时域上区分出不同的传感器。准分布式光纤传感器的复用技术第24页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子在信息领域中的主要应用光线传感技术波分复用：波长为标志来区分不同的传感器波分复用的前提是传感器具有波长选择性，即：只对某一波长的光起作用。第25页，共27页，2022年，5月20日，17点35分，星期一光电子在信息领域中的主要应用光线传感技术空分