摘要
声波是自然界诸多自然现象信息和能量的载体，通过声波检测，可以更好地掌握这些自然规律。声波检测是重要研究技术，与传统电子式声波传感器相比，光纤声波传感可在传统电子式声波传感器难以正常工作的特殊环境中工作，可完成传统电子式声波传感器难以完成的工作，利用现代通信的多种复用技术，可以组成大规模声波检测阵列和传感网络。 以光纤光栅(FBG)作为敏感元件的传感器除了具有光纤传感器的一切优点以外，其最显著的优势就是对传感信息采用本征性波长编码，同时还具有与光源的强度波动、光的偏振态等无关的优点，基于FBG是研究设计具有传输损耗低、高灵敏度、高信噪比、宽频带响应、大动态范围、抗电磁干扰能力强、易于复用、远距离传输和组阵等的特点全光纤声波传感器的重要技术之一。 目前，由于波长编码信号解调存在很大困难，解调设备复杂，而且成本过高，在普通领域难以接受，如何提高检测灵敏度、准确度、简化检测手段，降低成本是一个重要的研究方向。 研究表明，全光纤Mach-Zehnder(MZI)干涉仪具有较低的偏振相关损耗、附加损耗低、输出波形稳定等优势，且输出波形是波长的函数，而FBG又是以波长变化完成信息采集和传感。本文将根据全光纤MZI和FBG都是与波长有关的全光纤器件，结合两者的特点，着重研究如何将FBG反射波长的变化转化为光强的变化的解调方法。主要研究工作内容有： (1).从麦克斯韦电磁场理论出发，详细分析了FBG反射光谱形成的机理，并给出了解析表达式，探索了FBG被用于测量物理参量变化的基本原理，为设计基于FBG的声波传感奠定理论基础。 (2).根据弹性膜片振动方程，深入分析了弹性膜片的声学响应特性，为提高声光转换效率做理论支撑。 (3).针对裸FBG应变灵敏度较低，无法满足高灵敏度声波检测的应用需求，探索了提高FBG检测灵敏度的方法。 (4).以常规MZI、谐振腔MZI输出光谱做声波检测光源，利用单FBG、双FBG的不同结构，从理论上证明了利用检测光强变化替代传统的检测FBG反射波长变化反映声波信号变化的方法，分别讨论基于FBG的自解调、互解调方法。
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