1．目的及意义

1.1 研究目的及意义

随着光纤的成功研制，以及低损耗光纤的不断突破发展，以光纤作为传输媒介的光纤通信技术在传感领域得到了迅猛的发展^[1]。其中，光纤光栅传感器因其具有抗电磁干扰、绝缘性能好、耐腐蚀、动态范围大、测量范围广等特点而被广泛应用于航空航天、桥梁监测、石油化工、结构损伤检测等众多领域。光纤光栅传感器（FBG）的关键在于精确的解调出反射波长，从而准确地还原出温度、应力等外界物理量。这就要求所设计的解调系统以及所应用的解调方法具有较高的波长分辨率，能够精确的测量出由于外界物理量的变化而引起的微小的光纤光栅中心波长漂移量，同时这也意味着更高的系统灵敏度，更强的感知微弱信号的能力，适用于高精度、高灵敏度测量领域。

在光纤光栅传感领域中，可调谐激光器因其能够在指定波长带上连续均匀地产生扫描激光而在光纤光栅解调领域得到广泛应用^[2,3]。利用可调谐激光器可以将光纤光栅的光谱信息扫描到时域上，从而实现光栅波长解调。因此，可调谐激光器的性能对光纤光栅解调精度有重要影响^[4]。然而，由于可调谐激光器的结构特性，机械老化和环境影响，输出波长和扫描速率总是波动并偏离设定值，导致测量误差^[5]。

本文研究的目的即是寻求一种基于可调谐激光器的高精度光纤光栅解调方法，克服可调谐激光器的非线性调谐等缺陷，达到提高光纤光栅解调精度的目的。

1.2 国内外研究现状

为了克服可调谐激光器的非线性调谐缺陷从而提高基于可调谐激光器的光纤光栅解调方法的精度，国内外专家学者已提出多种解决方案。

在2015年，Mandula G和Lengyel K^[6]等人提出了一种采用部分模式匹配的平凹法布里 - 珀罗（FP）干涉仪的激光频率校准方法。该方法基于具有已知频率和时间历史的初级和Gouy效应型二次干扰峰的识别。由于干涉图案对环境变化非常敏感，因此校准不稳定；重新采样方法也被证明可用于可调谐激光器的校正^[7-9]。在该重采样中，借助于从辅助干涉仪产生的差拍信号以相等的频率间隔执行主测量信号。该方法可以补偿非线性效应并校准扫描速率；在2011年Newbury N R等人介绍了一种基于频率梳（飞秒激光）的频率稳定性创建精确“频率标度”的方法^[10]。可以通过使用外差频率来计算激光器的调谐频率，该外差频率是在激光从飞秒激光器扫过频率梳时产生的^[11,12]。然而，无法确定用调谐激光产生外差的来自用于产生外差的emtosecond激光的频率梳的模数，因此该方法和上述重采样方法不能校准每次扫描的激光的初始波长，并且输出不能准确地获得激光的波长；在2010年，Giorgetta F R等人提出的方案中^[13]，双频梳结构不仅用于解决这个问题，而且还用于消除频率梳的相位噪声贡献。然而，由于引入了几个飞秒激光器，这些方法既复杂又昂贵；在2014年，Li Z, Liu M等人提出的方案中^[4,14]，通过采用多波长标准具，分段线性方法可用于校准可调谐激光器。该方法非常简单，但必须假设分段区域中激光器的输出波长线性变化，因此校正精度不足。

就目前国内外在克服可调谐激光器的非线性调谐缺陷这一方面，很少有哪种方案既能做到补偿非线性效应，又可以校准激光器的瞬时输出波长和扫描速率，从而提高光纤光栅解调精度，而这也正是本研究的目标。