光纤环形激光器OptiSystem仿真及其传感应用探索

近年来，光纤传感器在航空航天领域，工业制造，医疗等领域引起了越来越多的关注，因为他们体积小，结构简单，灵敏度高，抗电磁干扰强，防腐性能好的特点。各种各样的传感器结构被设计出来，以便于提高传感的灵敏度和精确性。比如FP，MZI，Sagnac环，各种FBG等结构。

但是，对着需求的提高，上述结构的传感器的性能通常是有限的，需要进一步改进。为了满足高信噪比和窄3db带宽的要求，光纤环形激光传感器系统近年来得到了广泛的应用。由于激光器天然的高信噪比和高灵敏度，微小的扰动均能够极大的影响激光输出的稳态平衡，因此，将不同结构的传感头结合到光纤激光器中，可以实现将微小信号放大的作用，可以进一步提高光纤传感器的灵敏度。

OptiSystem是一个光通信系统仿真包，用于设计、测试和优化广谱光网络物理层中几乎任何类型的光链路，从模拟视频广播系统到洲际骨干网络。其对放大器和激光器(EDFA, SOA, Raman, Hybrid, GFF优化，光纤激光器)仿真的支持满足了我们通过改变特点参数进行光纤传感仿真的需求。图1表明了optisystem对于光纤环形腔基本结构的仿真。

图1，光纤激光器的基本结构

已经通过对多种结构的光纤激光器的实现了仿真：

方案一双向环形泵浦振荡器，可利用信号发生器调制不同相位差的光路实现锁模。

方案二单向环形泵浦振荡器，可利用信号发生器调制不同相位差的光路实现锁模。双向方式的输出功率大于单向环形泵浦振荡器。主要原因是双向对掺杂离子的利用率最高，反转粒子数水平低于单向方式。

方案三单向激光器，利用CW laser作为种子光源，优点在于结构简单，缺点是输出效率低，需要较长的掺杂光纤和较高的泵浦源。

方案四光纤环形腔，利用optical filter实现选模，实现锁模激光器。

方案五单向环形激光器，在锁模的同时，利用optical filter起到选模作用，实现可调谐激光器的仿真。

上述几种方案均能实现光纤激光输出，当结合响应的传感头如FBG能实现多种传感效果。

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