宽带功率放大器在可调谐激光器解调实验的应用

实验名称：可调谐激光器解调实验

研究方向：光纤光栅传感、可调谐激光

实验目的：基于使用光谱仪解调的Buneman频率估计解调算法，编写了一种适用于可调谐激光器解调法的解调程序作为解调结果的对比；分析了快速可调谐激光光源FBG解调，数据采集延时影响解调精度的问题和采样值跳变影响解调结果的问题。通过仿真和实验证实了该解调算法的理论分析结果，对两种算法进行了对比。

测试设备：信号发生器，ATA-105功率放大器，激光光源、光纤光栅传感器、压电陶瓷等。

实验过程：本次实验使用ATA-105功率放大器驱动的压电陶瓷（PZT）提供振动信号，实验时用树脂将FBG传感器一固定在PZT上进行实验。PZT传感器主要利用压电陶瓷振动时对光纤光栅施加的轴向应变，导致中心波长漂移的现象来检测振动信号，其中光纤光栅传感器是核心部件，振动台振动时会带动质量块发生振动，质量块端的振动使得附着在钢制悬臂梁上的光纤光栅发生轴向应变，进而产生中心波长的漂移。通过检测中心波长的变化，来获得振动本身的相关参数。

图一实验的硬件系统

实验装置：由信号发生器、功率放大器、压电陶瓷、光栅传感器和软件系统等，本实验采用是粘贴式振动传感器和悬臂梁式振动传感器，，软件系统使用的是本文编写的快速可调谐激光光源多点采样光纤光栅解调算法软件。同时在第二通道采用经过本实验适配可调谐激光器的Buneman频率估计FBG解调程序。双通道解调，对校正后的解调结果进行对比显示和分析。光纤光栅传感器通过检测其光谱反射峰的位置变化，来检测被测量变化。本实验中采用的三个FBG传感器分别进行压电陶瓷高频振动实验，激振器低频振动实验和激振器加速度实验。实验光源是调制光栅Y分支（MG-Y）可调谐半导体激光器。这种激光器本质上是一种基于游标调谐原理的单片集成分布式布拉格反射（DBR）激光器。

图二两种振动试验传感器设计

实验结果：振动实验五频输出采样值变化和解调结果如下：

图三3500mv信号强度-60hz振动频率的情况下五个固定波长处的反射谱采样值

利用传感器一和传感器二进行了多次重复的振动实验。针对传感器一本实验选择以0.096nm的采样间隔对高速振动信号进行采样，并依据采样数据进行了Buneman频率估计解调和本文的多点采样解调。最后将两者得到的结果进行对比，经过处理后得到如下图：

图四压电陶瓷7khz-2V高频振动实验0.096nm间隔采样解调结果对比

图五压电陶瓷8khz-2V高频振动实验0.096nm间隔采样解调结果对比

从图四图五可以看出，随着信号强度的增加，中心波长的振动幅度也在增大。本实验提出的快速可调谐激光光源多点采样光纤光栅解调算法相较于Buneman频率估计解调算法在具有更高的解调范围和解调精度。同时在宽采样间隔的解调中，更能体现出这种算法的大范围、高精度、高稳定性等优势。