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研究生:楊峯宜
研究生(外文):Feng-Yi Yang
論文名稱:可調輸出波長之光纖環形雷射及其在乙炔氣體感測之應用
論文名稱(外文):Wavelength-Tunable Erbium-Doped Fiber Ring Laser and Its Application in Acetylene Gas Sensing
指導教授:吳正文吳正文引用關係
口試委員:吳正文林碩泰林泰生
口試日期:2013-07-11
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:光電學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:光纖環形雷射Mach–Zehnder干涉儀乙炔氣體感測鎖相迴路
外文關鍵詞:Fiber Ring LaserMach–Zehnder InterferometersAcetylene Gas SensingPhase Lock Loop System
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本研究提出一種利用光纖UMZI(Unbalanced Mach–Zehnder Interferometers, UMZI)串接濾波器作為篩選輸出波長元件的波長可調式光纖環形雷射。此種光纖UMZI串接濾波器是利用兩個光纖Mach-Zehnder干涉儀串接而成,並利用鎖相迴路系統控制其光程差,達到穩定輸出以及濾波特性可調的目的。光纖環形雷射輸出波長的可調範圍約為4 nm,線寬約為23 pm,旁模抑制比最高可達50 dB,斜效率為1.05%,五分鐘內的光功率跳動小於0.67 dB,波長變化量不超過0.05 nm。此種光纖雷射的輸出波長可進一步藉由在共振腔內增加摻鉺光纖長度及加入波長可調的帶通濾波器在1535 nm至1565 nm之間做選擇性地調變,但不論選擇在哪一波長輸出,皆有4 nm的可調範圍。我們將此光纖雷射應用於內腔式的乙炔壓力感測,利用1微米直徑的錐狀細光纖的表面漸逝波對乙炔的吸收來偵測乙炔的壓力。當感測系統操作在光纖雷射的泵激閾值之上,乙炔壓力從0 mbar變化至600 mbar時,雷射的輸出光功率有4.6 dB的線性變化。
This work studies a wavelength-tunable erbium-doped fiber ring laser based on an all-fiber tunable two-cascaded UMZI (Unbalanced Mach–Zehnder Interferometer, UMZI) filter. This filter is composed of two optical fiber Mach-Zehnder interferometers, and two electronic phase lock loops are used to control their optical path differences for a stable and adjustable loss spectrum. The wavelength tuning range、full width at half maximum、maximum side-mode suppression ratio、slope efficiency、output power stability and wavelength stability of the fiber ring laser are about 4 nm、23 pm、50 dB、1.05%、0.67 dB and 0.05 nm, respectively. The output wavelength range of the fiber ring laser can be further increased by increasing the length of the erbium-doped fiber and adding a tunable bandpass filter in the resonant cavity. By these additions, any output wavelength between 1535 nm and 1565 nm can be selected with a 4-nm tuning range. We have used this fiber ring laser to implement an all-fiber intra-cavity pressure sensor for acetylene sensing, using the evanescent wave spectroscopic absorption of a 1-μm optical fiber taper. If the pump power of the fiber ring laser is set above the lasing threshold, the sensitivity of the acetylene pressure measurement is about 0.0077 dB/mbar.
誌謝…………………………………………………………………i
中文摘要…………………………………………………………ii
英文摘要………………………………………………………iii
目錄………………………………………………………………iv
圖目錄……………………………………………………………vi
表目錄……………………………………………………………xiii
第一章 緒論……………………………………………………1
1.1 前言……………………………………………………………1
1.2 研究動機………………………………………………………2
1.3 文獻回顧………………………………………………………3
1.4 研究目的………………………………………………………5
第二章 實驗原理………………………………………………10
2.1 摻鉺光纖雷射波長可調基本原理…………………………10
2.2 光纖UMZI串接濾波器基本原理……………………………13
2.3 鎖相迴路系統基本原理……………………………………15
2.4 內腔式光譜吸收氣體感測原理……………………………17
第三章 可調之光纖濾波器……………………………………24
3.1 以鎖相迴路系統穩定光纖UMZI輸出光強度………………24
3.2 以兩個鎖相迴路系統穩定光纖UMZI串接濾波器…………27
3.3 可調之光纖UMZI串接濾波器………………………………29
3.4 可調之光纖光柵濾波器……………………………………30
第四章 特性量測與討論 ……………………………………37
4.1 使用光纖UMZI串接濾波器之可調環形光纖雷射…………37
4.2 ESA效應對可調環形光纖雷射之影響………………………39
4.3 可調帶通濾波器對可調環形光纖雷射之影響……………41
4.4 使用光纖光柵之可調環形光纖雷射………………………43
4.5 比較分析……………………………………………………45
第五章 內腔式乙炔氣體感測應用……………………………59
5.1 乙炔吸收光譜………………………………………………59
5.2 錐狀細光纖漸逝波光譜吸收………………………………60
5.3 感測系統配置………………………………………………61
5.4 乙炔氣壓對光纖雷射輸出功率之影響……………………62
第六章 結論及未來工作………………………………………72
6.1 結論…………………………………………………………72
6.2 未來工作……………………………………………………74
參考文獻…………………………………………………………75
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