【摘 要】
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近年来,随着分布式传感技术的迅速发展和相关在线服务的兴起,单模光纤已经难以满足人们对多参量分布式传感的需求,对于拓展高质量的新型分布式光纤传感的研究迫在眉睫。多模光纤因其多模传输优势,引起了科研人员的广泛关注与探索,但多模光纤的偏振及模式耦合特性,不可避免地影响了传感系统性能。因此,亟需深入研究多模光纤的模式特性及其对传感系统性能的影响。本文首先介绍了课题研究背景及目的和意义,综述了多模光纤布里渊
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近年来,随着分布式传感技术的迅速发展和相关在线服务的兴起,单模光纤已经难以满足人们对多参量分布式传感的需求,对于拓展高质量的新型分布式光纤传感的研究迫在眉睫。多模光纤因其多模传输优势,引起了科研人员的广泛关注与探索,但多模光纤的偏振及模式耦合特性,不可避免地影响了传感系统性能。因此,亟需深入研究多模光纤的模式特性及其对传感系统性能的影响。本文首先介绍了课题研究背景及目的和意义,综述了多模光纤布里渊分布式光纤传感技术及其偏振与模式耦合特性的研究进展;然后,在考虑多模光纤模式特性的基础上,数值分析了多模光纤模式耦合效应的产生机理及影响因素。结果表明,多模光纤模式耦合主要发生在相位传播常数相近的模式之间,并且由于横向错位和角度偏移而导致多模光纤的功率耦合效率逐渐下降;其次,分析了多模光纤的偏振态自扰偏特性及模式耦合效应对输出光线性偏振度的影响。结果表明,多模光纤输出光的偏振特性取决于光出射角。随着光出射角及模式耦合程度的增加,多模光纤输出光的线性偏振度逐渐降低,且同等条件下,低阶模式的保偏能力更强;最后,在分析多模光纤偏振及模式耦合理论的基础上,探究了多模受激布里渊散射（SBS）效应。结果表明,多模光纤的偏振及模式耦合导致阶跃和渐变多模光纤的布里渊增益峰值增加,而频移和线宽减小,且两种多模光纤的SBS阈值均远高于单模光纤,可望进步一步提高传感系统的入纤功率,但多模光纤无法避免的偏振及模式耦合效应导致其SBS阈值低于理想数值。基于多模光纤SBS传感理论,设计并搭建了多模光纤瑞利布里渊光学时域分析（BOTDA）系统,实现了多模传感光纤的分布式温度测量;并分析了多模光纤的模式特性对瑞利BOTDA系统性能的影响。结果表明,利用多模光纤的高SBS阈值与偏振态自扰偏特性可提高入纤功率、降低瑞利BOTDA系统的相干瑞利噪声,从而进一步提高系统的信噪比与传感系统性能。
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