基于弹性梁的光纤光栅波长调谐原理及技术

光纤光栅波长调谐在光纤通信和光纤传感器领域中具有重要意义和实用价值。从理论上分析了基于弹性梁的光纤光栅波长调谐的基本原理,阐述了几种典型的简支梁、悬臂梁及扭梁调谐技术及其特点,展望了波长调谐方法的未来发展。     

光纤光栅外腔半导体激光器波长调谐方法研究

可调谐光纤光栅外腔半导体激光器（FBG-ECL）激射波长由光纤光栅布喇格波长决定,调谐光纤光栅布喇格波长可以改变激光器的激射波长.重点介绍采用轴向应力、径向应力和温度对光纤光栅布喇格波长的调谐.布喇格中心波长的偏移与轴向应力、径向应力和温度等变化量均呈极好的线性比例关系,且在较大的测量范围内一直保持线性关系.详细说明了光纤光栅外腔半导体激光器采用这三种方法调谐时的特点、适用范围,并对它们的性能进行了比较,给出在不同条件下适合的调谐方法.     

光纤光栅外腔半导体激光器频率调谐技术研究

在分析了光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)基本特性的基础上,调研了适用于该类型激光器的频率调谐方法,包括温度调谐法和应力调谐法,选取轴向应力调谐法改变光纤光栅的布拉格中心波长,进而实现频率调谐。利用压电陶瓷(PZT)来对光纤光栅施加轴向应力,通过调整PZT驱动电压值的大小来控制光纤光栅布拉格中心波长的变化量。实验结果表明,对于波长1550 nm的光纤光栅激光器,当PZT的驱动电压增加到126 V时,可实现 0.8 nm,即100 GHz的调谐范围以及每周期2 ms的调谐速度。     

一种多参数光纤光栅波长调谐器的设计与研制

对基于应力、位移、空间角度的多参数可调谐的光纤光栅(FBG)波长调谐进行了理论分析和实验研究.根据推导出的波长调谐公式,数值模拟了光纤光栅波长受应力、位移、空间角度时的多种调谐关系.在模拟分析的基础上,设计了一种基于应力、位移、空间角度的多参数可调谐的光纤光栅波长调谐器,并进行了实验验证.实验表明基于应力、位移的调谐为线性调谐,各光栅调谐线性拟合度均达0.9975以上;基于角度的调谐近似满足正(余)弦调谐.理论分析和实验测量具有良好的一致性.     

一种新型光纤光栅波长与带宽独立调谐的方法

提出了一种新型的光纤光栅的中心波长与带宽独立调谐的方法。将光纤布拉格光栅(FBG)粘贴于圆环形薄壁截面梁的外表面,通过旋转圆环形薄壁截面梁,即相当于改变光纤光栅的位置来实现中心波长与带宽的独立调谐。实验上得到了6.706 nm准无啁啾的中心波长调谐和5.368 nm的准无中心波长漂移的最大带宽调谐,并且此中心波长和带宽调谐均与拉力呈线性关系,实验结果与理论分析一致。     

基于闭合腔的光纤激光器波长选择技术

将由中心波长各不相同的多个光纤光栅组成的光栅串置于一腔中,与另一个环形腔构成基于闭合腔的波长可调谐的光纤激光器.通过选择可调谐F-P滤波器的透过波长与某个光栅的中心波长一致,在腔中共振形成激光输出,实现了该激光器的波长可调谐技术.     

光栅型可调谐掺铥连续光纤激光器研究进展

2 μm波长可调谐掺铥连续光纤激光器具有调谐范围宽、输出线宽窄和噪声低等特点,在激光雷达、遥感、光通信、光谱分析、环境监测及激光医疗等领域具有重要应用,近年来成为光纤激光技术领域的研究热点.文章首先介绍了可调谐光纤激光器中实现波长选择的各类光栅元件的基本结构及工作原理,涉及到的光栅元件主要包括闪耀光栅、体布拉格光栅和光纤光栅;其次重点阐述了基于光栅的可调谐掺铥连续光纤激光器在国内外的研究进展,最后对其未来的发展趋势做出展望.     

基于可调谐FP滤波器的光纤光栅解调系统

为了进一步提高光纤光栅解调系统的性能,提出和研究了一种新颖的基于可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器的光纤光栅解调技术,并以此为基础构建了探测系统。系统使用一个固定波长的参考光纤光栅作为波长参考元件,通过对传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长测量与差值运算,消除了可调谐FP滤波器腔长漂移对测量精度的影响。给出压电陶瓷电压对应的伸长量,有效地减小了压电陶瓷非线性对测量的影响,提高了光纤光栅波长的测量精度。在测量范围内,最大非线性偏差为0.5%。     

主动锁模光纤环形激光器的悬臂梁调谐法

利用悬臂梁来对光纤光栅的Bragg波长进行调谐,并将可调谐光纤光栅用于主动锁模光纤环形激光器中,获得了5.24nm的波长调谐范围。同时,在1547.883nm处,获得了脉宽为55ps,谱宽为0.017nm锁模脉冲输出。     

基于游标原理的可调谐分布反射全光纤激光器

报道了一种新型全光纤离散可调谐分布反射(DBR)光纤激光器。光纤激光器为短腔结构,其有源区采用Er-Yb共掺单模光纤,有源光纤长度为6 cm。激光器采用两组级联光纤布拉格光栅(FBG)为反射腔镜,前腔镜各级联光纤布拉格光栅的布拉格波长间隔为1 nm,后腔镜为0.8 nm,利用游标原理,通过对前腔镜级联光纤布拉格光栅进行机械调谐,使前后腔镜各反射波长分别对准,实现了四个固定波长间隔为0.8 nm的离散调谐。这种光纤激光器具有波长调节准确,调谐速度快,成本低的优点,可用于作为多波长光纤传输系统的发射光源或系统检测光源,进一步增加级联光栅的组数可实现更大调谐范围。     

一种新型光纤光栅无啁啾调谐方法

分析了基于弹性梁的光纤光栅调谐原理，引入了轴向直变传递系数的概念，提出利用部分纯弯曲调谐方法，可实现光纤光栅宽带无啁嗽调谐。在实验中，利用部分纯弯曲调谐法，获得了20．1nm的光纤光栅无啁嗽调谐范围，调谐线性拟合度为0．9996，调谐过程中光栅反射谱的3dB带宽变化小于0．07nm，峰值反射率变化小于0．2dB，基本无啁嗽现象产生，实验结果和理论分析一致。     

Tunable fiber Bragg grating filters realized by chirp rate tuning with a cantilever beam

An efficient scheme to change the chirp rate of a fiber Bragg grating (FBG) has been developed based on a specially-designed cantilever beam with the beam-bending method. It allows, to date, the largest tuning range of 36 nm in reflection bandwidth of a chirped-FBG (CFBG) while keeping the center wavelength nearly fixed during the tuning process. Using this method, bandwidth-tunable fiber grating filters with tunable chromatic dispersion or differential group delay have been demonstrated. Channel spacing-tunable multi-wavelength filters based on both sampled- and superimposed-CFBGs have also been realized. Moreover, tuning of the bandwidth and channel spacing is continuous with this scheme that makes the achieved devices more flexible.     

简支梁调谐光纤光栅波长的改进算法

对使用简支梁调谐光纤光栅(FBG)波长的计算方法进行了分析,改进了传统计算公式,给出了计算光栅波长调谐量的解析式.与传统算法相比,改进算法可以直接通过梁的长度变化量计算得到波长调谐量,因此应用更加简便,可以更为直接地指导调谐实验.     

一种新颖的宽带可调光纤光栅滤波器

分析了光纤光栅（FBG）调谐的基本原理,进而采用新颖的调谐结构,设计并实现了一种宽带可调谐的FBG滤波器。该滤波器仅用1支FBG制做而成,其波长调谐范围最高可达40nm。实验结果表明,该FBG滤波器的调谐波长与调谐步进位移量之间具有良好的二次曲线关系。     

A Novel Double-Arched-Beam-Based Fiber Bragg Grating Sensor for Displacement Measurement

A double-arched-beam-based fiber Bragg grating (FBG) sensor for displacement measurement is presented. Unlike most FBG sensors that measure the resonance wavelength shifts to detect the measurand, this kind of FBG sensor is proposed to measure the displacement based on the demodulation of the FBG's reflective spectra bandwidth. According to the strain distribution on the novel double-arched beam surface, the positive and negative strain will act on only one FBG, which is stuck on the beam surface. Thus, the positive and negative strain will make the spectra broaden as the displacement increases. What is more, the problem of cross-sensitivity in the FBG sensor is solved because temperature only affects the wavelength shift, but not the spectra bandwidth. Simulation and preliminary experimental results indicate the feasibility of the proposed idea and a fairly good linearity of the measurement characteristic.     

基于非线性色散补偿光栅的可调谐光电振荡器

为实现光电振荡器(OEO)输出频率的连续可调,提出一种新型的基于非线性色散补偿光栅(FBG)实现可调谐OEO方案。本文方案不需要电滤波器,且振荡频率随着光源的波长变化而变化。其中,三阶色散补偿FBG可以采用FBG重构算法设计。当光源波长从1 550.6nm变化到1 551.4nm时,相应的色散为340～1 460ps/nm,输出频率的调谐范围为6.5～13.5GHz,实现了振荡频率的大范围可调谐。     

Topology and shape optimizations of substrates for chirp fiber Bragg grating spectrum tuning

A systematic method based on topology and shape optimization techniques has been developed to determine the geometry of a substrate for chirp fiber Bragg grating (FBG) spectrum tuning. The strain distribution on the FBG associated with a given wavelength spectrum is synthesized first by the application of a genetic algorithm. Then the substrate profiles determined either from topology or shape optimizations can generate the required strain distribution on FBG that responds to the required wavelength spectrum of a chirp FBG. The profile obtained from shape optimization, compared with that from topology optimization, has clear advantages in easier manufacturing and better liability. Although the strain distribution of a chirp FBG demonstrated here is simple in this study, it should be emphasized that this methodology also can be easily applied to determine other substrate profile whose strain distribution is regarding to a more complex wavelength spectrum of an FBG.     

FBG弯曲传感在滑坡预警监测中的应用研究

针对传统滑坡预警监测技术中存在的自动化程度 较低、测量精度不高,不易对边坡实现大面积和长 期可靠在线监测等不足,研究了采用光纤光栅(FBG)弯曲传感技术用于边坡表面形变及深 部位移测量的 结构原理及具体应用方式。在分析采用简支梁和悬臂梁两种结构实现FBG弯曲调谐原理 的基础上,选择具有不同中心波长的FBG进行串接后,粘贴于弹性杆件PVC管上,实验验 证了利用简支梁和悬臂 梁两种FBG弯曲调谐结构实现边坡表面形变及深部位移进行原理性测量的可行性。实验结果 表明,粘贴在 PVC管上不同位置的FBG的波长变化量与该位置的形变量有着明显的线性对应关系;两种结构 最大形变位 置的FBG测量灵敏度分别为0.245 nm/mm和0.166nm/mm;采用在PVC管两侧对称180°的位置粘贴 FBG的方法,可在提高FBG检测灵敏度的同时,解决FBG温度及应变的交叉敏感问题,消除环 境温度变化对FBG弯曲传感测量结果的 影响。     

Principles and realizations of FBG wavelength tuning with elastic beams

FiberBragggrating(FBG)isasignificanttechnology thatisusedtodesignkeydevicesorcomponentsinthesystemsoffibercommunicationandfibersensing[1], suchastunablefiberlasers[2],WDW/DM[3],WADM[4],tunablefiberfilter[5],fiberdispersioncom pensation[6],gainflattingofEDFA[7],FBG typeinter ferometer[8]andfibergratingsensors[9,10].OneofthekeyresearchissuesonFBGdevicesistomakethetun ingwavelengthdeviceswhichhavegoodcharacteristics ofwidetunablewavelengthrange,stableoutput,goodmultiplexingcapability. …