用于偏振型光纤传感器的高稳定性半导体激光器与双差分光接收机的研究

论文摘要

光纤电压互感器(简称OVT)利用电光效应对外加电压进行测量,具有占用空间小、测量精度高、绝缘性能好等优点,光纤电压互感器的研究已有约40年的历史但是到目前为止还没有一家能够达到电网测量标准,取得入网接入证书。影响其发展的主要原因是目前OVT系统的稳定性差和测量精度低,而这些问题又与光源和光接收机有关,因此稳定性及性价比高的光源和能够满足测量系统要求的光接收器在OVT系统中发挥着重要作用,对两者的开发与研究具有较大的应用价值。本文采用高精度的恒温控制以及功率稳恒控制方法,设计并制作了一种偏振、波长与输出功率三个指标均稳定的,适用于偏振型OVT的半导体激光器。通过理论分析和实验,证明了驱动电路和温控电路来稳定上述三个指标的方案是可行的,实验结果表明半导体激光器的输出波长控制精度在±0.01nm,驱动电流的波动范围小于±0.05mA,输出偏振态椭圆率为0.00(线性),方向角波动范围小于0.1°。这说明该激光器波长、功率、偏振态稳定性达到了光纤电压互感器系统的要求。本文还设计并制作一款低噪音高精度的模拟双差分光接收机,能够接收相互垂直的两路偏振光实现高精度偏振态的测量。实验结果表明,当信噪比为1时,最小测量功率为800nW,噪音低于2mV,响应度为4900v/W,满足了光纤电压互感器系统的要求。同时此光接收机能够对自聚焦透镜的输出光(空间光)进行准确的测量,通过搭建一个测量系统找到3dB损耗的最远距离是11cm。

论文目录

致谢

中文摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的

1.3 光纤电压互感器的国内外发展现状

1.3.1 国内外研究现状

1.3.2 光纤电压互感器存在的问题

1.4 论文的主要工作

2 偏振型光纤电压互感器对半导体激光器和光接收机的要求

2.1 横向调制光纤电压互感器的基本原理

2.2 对半导体激光器的性能要求

2.2.1 输出功率稳定

2.2.2 波长稳定

2.2.3 偏振稳定

2.3 对光接收机的性能要求

2.3.1 双差分

2.3.2 较低的噪音

2.3.3 宽的动态范围

2.4 本章小结

3 具有偏振、波长与输出功率高稳定性半导体激光器的设计

3.1 半导体激光器的工作原理

3.1.1 半导体激光器的工作原理

3.1.2 DFB半导体激光器的介绍

3.1.3 半导体激光器的基本特性

3.2 三高稳定性半导体激光器的设计

3.2.1 稳定光源的整体结构

3.2.2 半导体激光源的选取

3.2.3 激光器底板的制作与安装

3.2.4 半导体激光器驱动电路

3.2.5 半导体激光器温控电路及PID算法

3.2.6 激光器背向光检测电路

3.2.7 软件编写

3.2.8 激光器的pcb制作与实物

3.3 三高稳定性半导体激光器的性能检测

3.3.1 波长检测

3.3.2 功率检测

3.3.3 偏振态检测

3.4 本章小结

4 低噪音高精度的模拟双差分光接收机的设计与制作

4.1 差分电路原理

4.2 双差分光接收机设计与制作

4.2.1 原理图设计以及器件的选择

4.2.2 机壳的设计与制作

4.2.3 PCB的设计与最后的实物图

4.3 双差分光接收机的性能检测

4.3.1 测量系统框图

4.3.2 两路数据分析

4.3.3 输出信号的信噪比和探测灵敏度

4.4 用来对自聚焦透镜输出光（空间光）的探测

4.4.1 自聚焦透镜

4.4.2 测量系统框图

4.4.3 实验结果分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

参考文献

附录A

作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 薛利

导师: 王健,吴重庆

关键词: 光纤电压互感器,高稳定性半导体激光器,双差分光接收机,偏振态

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,电力工业,无线电电子学,自动化技术

单位: 北京交通大学

分类号: TM451;TP212;TN248.4

DOI: 10.26944/d.cnki.gbfju.2019.001239

总页数: 68

文件大小: 6177K

下载量: 57

用于偏振型光纤传感器的高稳定性半导体激光器与双差分光接收机的研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢