基于拍频解调的光纤激光温度传感系统

为了提高光纤激光器的温度灵敏度和数据完整性，提出了一种基于拍频解调的光纤激光温度传感系统。利用光纤激光谐振腔中的光纤布拉格光栅（FBG）进行温度传感，将FBG的波长变化依次转变为谐振腔内的波长变化和光纤激光器拍频信号的频移变化，大幅提高了系统的灵敏度。通过Python程序实现秒级数据自动采集及保存，提高了工作效率。用矩形框中心点位置法代替直接寻峰值法对温度信号进行解调，可避免频率抖动较大引起的误差。相比光学解调技术，该系统利用成熟的电学解调技术解调，无需昂贵的波长解调仪，降低了解调成本。实验结果表明，该系统具有较高的灵敏度和测量精度，平均灵敏度为74.087 kHz/℃，测量精度为0.47×10-3℃。     

高分辨率光纤激光传感系统

提出并实现了一种基于光纤光栅(FBG)激光器的高分辨率光纤传感系统。通过在一段高增益有源光纤写入光纤光栅形成光纤激光传感器,待测信号作用在激光器上引起激光频率变化,采用偏振无关的非平衡迈克耳孙光纤干涉仪将激光频率变化转化为干涉仪相位变化。干涉仪输出的信号经过光电转换后,用采集卡转换为数字信号输入计算机,最后利用改进的归一化相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调。实验表明该传感系统的动态应变分辨率达到了5.6×10-4nε/Hz,并且解调结果与待测信号具有良好的线性关系。     

光纤激光水听器阵列实验研究

构建了基于分布反馈式(DFB)光纤激光器的光纤激光水听器阵列,4元DFB光纤激光器通过同一个980nm激光器同线泵浦,阵列发出的1550nm左右的复合激光通过解波分复用(BWDM)分离至独立的通道,实验结果表明,4元光纤激光水听器探测的水声信号能被无失真的解调,阵列各通道间串扰小于-60dB。     

飞秒写光纤光栅激光器有源高温传感技术

针对光纤光栅型光纤激光器有源温度传感技术只能进行较低温度以及较小范围温度测量的问题,提出一种飞秒写光纤光栅型光纤激光器高温传感测量系统.将飞秒写光纤光栅嵌入到光纤环形腔结构中,同时作为温度敏感元件和激光波长反馈器件,设计搭建了飞秒写光纤光栅型激光器光路.此光路系统输出光信号带宽为3.45 GHz峰值强度为31.94 dBm,2h内连续光谱检测最大波长漂移为3.25 pm,可视为无跳模现象,实现了高达60 dB的高信噪比、窄线宽、高功率信号输出,同时输出光信号可线性表征光纤光栅温度感应.实验结果表明此传感系统实现了50℃到1000℃大范围温度的线性传感检测,线性度可达0.9975,波长·温度灵敏度为13.8 pm/℃.     

基于光纤DFB激光器的高分辨折射率传感器

分析一种基于腐蚀相移DFB激光器的高分辨率折射率传感器。外界折射率通过改变腐蚀DFB激光器的相移影响激光器的输出特性。通过详细分析相移和增益对激光输出特性的影响,获得了相移激光输出波长的关系。根据激光器基模和高阶模波长差对温度的自补偿特性,设计了高分辨率的折射率传感器。理论上获得了该传感方案在激光线宽为100 kHz时,折射率传感分辨率高达10-7数量级。     

基于铷原子调制转移光谱技术的1560nm光纤激光器频率锁定研究

1560 nm窄线宽激光器作为光学C波段的重要波长成分,在光纤传感和激光雷达等领域有着广泛的应用,实现该波段的激光稳频对光谱学和精密测量具有重要意义。本文采用1560 nm窄线宽光纤激光器作为种子光源,倍频至780 nm波段后,利用调制转移光谱（MTS）将倍频光锁定在铷原子(⁸⁵Rb)D2线的3-4交叉峰上;并研究探测光和泵浦光功率比、调制解调信号的频率和幅值来优化MTS信号,最终同时实现1560 nm光纤激光器的频率锁定及780 nm的稳频输出。激光器稳频后与低噪声精密锁定的光学频率梳进行拍频,通过频率计测量拍频信号并进行Allan方差分析,积分时间为10 s时,相对频率稳定度为1.4×10^-11。     

DBR光纤激光器拍频传感及其组网技术研究

研究了基于单纵模分布Bragg反射(DBR)光纤激光器的拍频解调传感技术,并对其组网技术进行了探讨。由于光纤本身的固有双折射,DBR光纤激光器能够产生两种正交偏振模式的激光,而这两种偏振模式的频率差拍会在射频域形成对温度变化极为敏感的拍频(beatfrequency)。实验结果表明:在20～100℃的温度范围内,激光器拍频随温度的增加呈线性减小,其线性拟合度高达0.99981,拍频灵敏度为0.51063MHz/℃。这种偏振式光纤激光器具有高输出功率、高信噪比、低解调成本和窄输出线宽等特点,有助于构建大规模的光纤有源传感网络。参考近年关于光纤传感网络的报道,提出一种有源光纤环形传感网络的构想。     

基于光纤激光器的全光光纤光栅传感理论分析

为了提高光纤光栅传感系统的可兼容性和抗干扰能力,提出了在环形腔光纤激光器中,采用基于光纤布拉格光栅的法布里-珀罗谐振腔(F-P)对传感元进行波长寻址的理论模型,并利用悬臂梁技术对解调光纤光栅进行波长调谐.利用全光传感系统,具有分辨率高、插入损耗小、兼容性好等优点;锁定某一传感光栅的信号后,利用反馈系统对感测信号进行自动跟踪解调.利用一个传感光栅和一个解调光栅进行实验验证,得到了位于传感光栅中心波长1554.32 nm的激光输出,证实了系统的波长可解调能力.     

基于光纤Sagnac环滤波器的高稳定光纤布拉格光栅传感解调技术

光纤Sagnac环滤波器用于光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调时受环境温度影响很大,为此提出一种可消除温度影响的高稳定解调新方法,介绍了系统光路和解调器的工作原理。将带有一段保偏光纤的Sagnac环作为边缘滤波器,分布反馈(DFB)激光器的单波长激光作为参考光,对FBG波长信号和参考光信号同时进行滤波。在同一时间探测经Sagnac环滤波器输出的透射光强度和反射光强度,进行光强信号归一化处理并采用差动检测方法分析。理论分析和实验结果表明,该解调方法基本消除了Sagnac环滤波器的温度效应,提高了解调系统的稳定性。在1302~1318nm波长范围内,解调装置的温度漂移为2.4×10-4 nm/℃,是未封装补偿无参考光的Sagnac环滤波器透射谱温度漂移的1.8×10-4倍。     

基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感入侵定位检测系统

建立了基于布里渊时域反射(BOTDR)技术的分布式光纤传感入侵定位检测系统。采用自制的光纤单纵模分布反馈(DFB)激光器,利用边缘滤波(BPF)技术,简化了BOTDR系统中频率解调的方法,实现了对入侵应变事件的快速定位与检测。实验结果表明,当探测范围为10km时,系统的定位空间分辨率达到5m,应变分辨率达到200με,可以满足入侵定位实时检测的需求。     

A DFB Fiber Laser Sensor System with Ultra-High Resolution and Its Noise Analysis

A distributed feedback fiber laser （DFB FL） sensor system with ultra-high resolution is described. The sensor is made by writing distributed feedback structures into a high gain active fiber, and the system employs an unbalanced Michelson interferometer to translate laser wavelength shifts induced by weak measurands into phase shifts. A digital phase generated carrier demodulation scheme is introduced to achieve ultra-high resolution interrogation. A detailed noise analysis of the system is presented, and it is shown that the system resolution is limited by the frequency noise of the DFB FL.     

移频延时自外差法的DFB激光器线宽测量

为了测量分布反馈（DFB）单模半导体激光器线宽,采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案,设计了一套全光纤延时自外差法测量系统,并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统,对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800kHz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试,测得激光器线宽值分别为951.566kHz,832.471kHz和802.221kHz,并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明,与模拟仿真结果作对比,延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优,其误差在3%之内,证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。     

基于光纤M-Z干涉仪相干度变化的超窄线宽激光器跳模检测研究

超窄线宽激光器随机发生的跳模现象,作为一种干扰或噪声,是降低光学相干检测系统性能的重要因素。为了有效检测单纵模超窄线宽激光器的模式稳定性,提出一种基于光纤M-Z干涉仪的超窄线宽激光器跳模检测方法,该方法通过在干涉仪内引入相位生成载波(PGC)外调制技术,将激光器跳模过程中光源相干性的变化转化为干涉仪相干度的突变,从而实现对整个跳模过程的实时监测。实验结果表明,该方法在检测灵敏度上有明显优势,能够有效监测跳模的持续时间、模式竞争随时间演化的动态过程等跳模细节,尤其适合用于短直腔激光器的跳模检测,并且能为光纤激光器跳模现象的预测与主动抑制提供重要参考。     

基于SoC的光纤光栅温度传感器

波长漂移量的精确检测是光纤光栅(FBG)传感器的关键技术.设计了基于芯片系统(SoC)的FBG温度传感器,通过控制激光器工作波长,跟踪锁定FBG反射波长,实现温度传感解调,具有信噪比高、可靠性好、成本低、硬件简单、软件灵活并具有智能化等优点,有良好的应用发展前景.     

基于DFB激光器解调技术的光学电流互感器

针对交流电流的测量,提出了一种基于分布式反馈（DFH）激光器解调技术的光学电流互感器（0CT）。OCT的传感部分运用光纤Bragg光栅（FBG）和超磁致伸缩材料（GIⅢ①作为传感器探头,同时应用DFB激光器对FBG进行解凋,实现交流电流的测量。对于这种新型的OCT进行了理论分析和实验研究,实验测得系统传感灵敏度可达到1...     

基于可调谐激光器的复用传感系统的研究

为了克服复用传感系统中光源带宽及功率的制约,有效地扩大多点检测的范围,采用波分和时分复用传感技术,设计了可调谐光纤激光器作为传感系统的光源.基于耦合模方程的理论,对匹配光栅调谐光纤激光器波长扫描寻址解调方法进行了理论分析和实验研究.实验中采用可调谐光纤激光器对由4个光栅组成的两个光栅串成功地进行了波分和时分复用传感,实验获得的应变分辨率为2.9με/step.该传感系统具有经济实用性、信噪比高、可复用数目大等特点,对于多点检测的传感网络具有较大的实用价值.     

用于布里渊分布式光纤传感的光学锁频系统

报道了一种用于布里渊分布式光纤传感器(DOFS)的高稳定光学锁频系统。一台波长为1550nm的半导体分布反馈(DFB)激光器作为主激光器用于光纤传感探测,另一台同样的激光器作为从激光器,采用光学锁相的方法将其与主激光器进行频率跟踪,使主激光器与从激光器频率差恒定为11GHz。利用该光源搭建基于自发布里渊的分布式光纤传感系统(BOTDR),可以有效地实现宽带移频,使得探测解调频率降低到百兆赫兹量级,大大降低了探测的噪声,并且降低了BOTDR系统成本。结果表明,采用此光源方案的频率波动范围为±1MHz。