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摘要：腔衰荡光谱技术（CRDS：City Ring-down Spectrocopy）是一种高灵敏度的光谱测量技术，凭借其不受光源波动的影响，在各种物理量和化学量的测量中有着广泛的运用。而光纤环形腔衰荡光谱技术（FLRDS： Fiber Loop Ring-down Spectroscopy）结合了光纤传感和腔衰荡光谱技术高灵敏度的优点，成为近十年来人们探讨的热门课题。本论文较为系统地探讨了CRDS基本论述，并在此论述基础上对FLRDS运用于气体传感进行了实验探讨，主要探讨内容及革新成果包括以下几个方面：(1)在腔衰荡基本原理的基础上，对高反镜组成的衰荡腔的腔方式拍频，横模简并现象和腔内的干涉效应进行浅析，并进一步对衰荡信号的数据拟合噪声进行论述建模，深入浅析和比较了探测器噪声受限和散粒噪声受限两种情况下的数据方差结果，为光纤腔衰荡光谱技术运用于传感探讨奠定了基础。(2)对FLRDS技术运用于传感进行了合理设置系统结构的实验探讨。在腔内接入EDFA虽然可以补偿腔内损耗，但不易制约与腔损耗相匹配，对改善系统的精度作用不显著；若转变腔中光纤长度则可以显著改善光谱质量，可见选择合适的腔长对该系统测量灵敏度的提升有着很重要的作用。(3)提出基于两个光纤环形镜的线形腔衰荡光谱技术，通过浅析实验结果，发现选择不同耦合比的光纤耦合器对实验的结果有较大的影响，若输入光功率足够大，选择两个49:51的分光比组合的系统性能会显著优于光纤环形腔衰荡系统。另外发现衰荡谱的质量跟光纤环形镜的环的长度有着密切联系，若能较好制约环的长度则可以得到很好的衰荡谱。(4)针对现有FLRDS系统普遍有着的衰荡谱不稳定的不足，提出一种双光路光纤环形腔衰荡甲烷气体传感系统。这种技术将传统的差分检测技术与腔衰荡光谱技术相结合，并利用甲烷在波长1645nm附近的近似梳状的吸收谱特性，采取调制的宽谱光源将甲烷的梳状吸收谱检出，同时对6个以上吸收峰进行测量，可以大大提升系统的稳定性和灵敏度。(5)提出了基于双光纤环形腔级联的应变传感系统。利用两个环形腔级联产生的游标谱对环形腔中任意一点施加的应力进行测量。实验结果表明，应变的大小同时跟级联游标谱的自由光谱范围的倒数和游标谱的透射强度呈现线性联系，由此该传感系统可以同时采取这两个量的变化对应变进行定标。此外还发现施加的应变会引起透射光的相位变化。该系统结构简单，与基于FBG的应变传感系统相比不受温度的变化影响，优势显著。关键词：光纤环形腔论文吸收光谱论文气体传感论文光纤环形镜论文衰荡腔论文
摘要4-6
Abstract6-10
1 绪论10-21
1.1 腔衰荡光谱技术的探讨背景10
1.2 腔衰荡光谱技术的基本运用类型10-18
1.3 光纤腔衰荡光谱技术的探讨概况18-19
1.4 本论文的主要探讨内容19-21
2 腔衰荡光谱技术的基本论述21-38
2.1 衰荡腔基本结构及原理21-25
2.2 腔方式匹配25-27
2.3 用于定量测量时腔内的干涉效应27-29
2.4 衰荡信号的拟合噪声浅析29-36
2.5 本章小结36-38
3 光纤环形腔衰荡谱运用于气体传感的探讨38-68
3.1 引言38
3.2 气体分子的红外吸收光谱论述38-41
3.3 双耦合器组成的环形衰荡腔测量系统41-60
3.4 光纤环形镜组成的线形衰荡腔测量系统60-67
3.5 本章小结67-68
4 基于双光路光纤环形腔衰荡谱的稳定性探讨68-89
4.1 引言68
4.2 双光路光纤环形腔衰荡系统测量原理68-74
4.3 传感系统实验设计74-81
4.4 实验结果及其稳定性浅析81-87
4.5 本章小结87-89
5 基于级联光环形腔的游标光谱的应力传感探讨89-108
5.1 引言89
5.2 光纤布拉格光栅应力传感原理89-96
5.3 级联的双光纤环形腔的基本论述96-100
5.4 应力传感系统实验及结果浅析100-107
5.5 本章小结107-108
6 总结与展望108-111
6.1 论文总结108-109
6.2 工作展望109-111
致谢111-112