环形掺铒光纤激光器的自混合散斑有源传感理论和实验研究的综述报告一、引言光纤激光器是一种广泛应用于商业和科研领域的激光器。在这些应用中，精确测量和监测环境参数成为关键要素，这促进了光纤传感器的发展。环形掺铒光纤激光器（EYDFA）由于其基于环形反馈结构，具有很高的质量因子，能够实现高品质的波长稳定性和噪声性能，已经成为高灵敏度传感和测量系统的首选之一。二、环形掺铒光纤激光器原理EYDFA由两个部分组成：一个环形反馈结构和一个掺铒光纤放大器。环形反馈结构通常由单模光纤和光纤环组成。在光纤环的一端，设置一个分束器，将部分光信号引导到光纤环内，振荡器将光信号注入到光纤环内。在环回的途中，光线被反射和折射许多次，这导致了一个没有可见模式的模式谱。因为在某一波长的光信号受到多次反射和折射后非常强烈地增强，这导致环绕内的光强增加，最后通过另一个分束器退出光纤环。掺铒光纤放大器是指在一段光纤中掺杂有少量铒元素。当激光器对放大器区域注入高功率激光束时，铒元素会被激发，使得光泵浦中心附近发生放射性转换，从而产生430nm到490nm的蓝光和1500nm到1600nm的波长光信号。为了确保高增益，需要使泵浦光波长为980nm或1480nm。图1组成EYDFA的光环和掺Er光纤放大器三、EYDFA的传感应用EYDFA可以应用于传感和检测领域。环形反馈机构本身就能够消除大部分光学声子的噪声，提高了系统的信噪比。同时，EYDFA的单色性能得到了很大的改善。这有助于减少传感器测量误差，提高传感器的灵敏度和分辨率。一些热灵敏传感器（例如油气管道和油罐的温度和温度变化等）要求高灵敏度，同时也需要高信噪比，因此EYDFA很适合这种应用。EYDFA的主要目标是设计高精度液位传感器。固体物质（如金属）波导器具有比玻璃波导器低的热容，因此液体的膨胀和收缩导致波导器的折射率发生变化。这种变化会导致密度变化如图2所示。外置环形结构可以反映出折射率的变化，从而实现液位的测量。另外，热光学输入和输出耦合扰动会导致散斑过程自混合，从而在输出上形成散斑图样。图2液体的膨胀和收缩导致波导器折射率的变化四、EYDFA散斑特性仿真和实验研究散斑现象是光学中的一种波动特性。对于EYDFA传感系统来说，散斑现象与光信号的散迹有关。由于准直光纤的不完美准直度和光学元件的制造误差，光路上可能出现非线性失真。光波被分散，从而在空间和时间上固定。因此可以将EYDFA散斑成像看作是一个空间和时间耦合的非线性动力学系统，这也成为非线性双频激光散斑（NLS）系统。图3NLS系统的模型在进行EYDFA散斑特性研究时，研究人员可以使用仿真模型或实验方法。在不同环境下通过模型和实验证明了EYDFA的有效性和稳定性。例如，研究人员通过建立无模型的光学系统对EYDFA进行了系统性能评估。在实验中，他们定义了一组评估系统稳定性的参数。这些参数包括位移和传感器温漂的稳定性，以及抗干扰性和灵敏度等。五、结论由于EYDFA传感器的无源耦合引入的自混合散斑，使得它具有更高的灵敏度和分辨率，可以应用于许多测量和监测领域。EYDFA的传感器特性，具有很高的抗干扰性能和低的检测误差。利用仿真和实验方法可以对EYDFA的传感特性进行评估和验证，为传感器领域的应用提供了有利条件。