拍长与波长的非线性关系

本文报导了保偏光纤的后长与测量光源的波长间的非线性现象，并作了较好的理论分析，给出了非线性公式和拍长标准测量中的波长允许取值范围。     

基于波长扫描调制法测量保偏光纤的偏振特性

分析了保偏光纤偏振特性及其拍长和偏振消光比的基本测量原理,并根据单模保偏光纤基模的2个正交偏振模分量HEx11与HEy11间的相位差与波长的关系,推导出偏振拍长的测量关系式,提出了测量保偏光纤偏振特性的波长扫描调制法.采用此方法对熊猫型保偏光纤(YOFC-3367WY)的偏振特性进行了验证性实验研究.拍长和偏振消光比的测量结果表明,在该保偏光纤工作波长处试验结果与理论分析相当一致,说明该方法具有简单易行、测量精度高的优点.     

光纤电流互感器平均波长漂移变比误差

全温条件下(-40~60℃)测量精度误差较大是影响光纤电流互感器实用化进程的主要原因之一。传感光纤的维尔德常数随光纤内光波平均波长变化,导致系统输出变比漂移,从而降低系统的测量精度。理论分析了光谱平均波长与系统输出变比之间的关系,并通过实验验证了关系式的准确性。分别对光纤电流互感器光路各组成器件对通过光平均波长的影响进行了分析,实验测量了变温条件下平均波长变化的趋势以及程度。提出了起偏器与延迟光纤在变温条件下对平均波长影响的自补偿方案,有效的减小了传感光纤中平均波长的漂移程度。保证光纤电流互感器在变温条件下到达0.2 s级精度要求。同时为适应更高测量精度应用场合提供了参考。     

使CO2浓度测量误差减小的星载激光雷达波长优化

研究了星载积分路径差分吸收（IPDA）激光雷达系统工作波长与大气CO2 分子柱线浓度测量误差之间的关系,并优化波长以降低测量误差。首先介绍CO2 分子柱线浓度测量原理,理论分析并模拟仿真了系统随机误差、温度不确定性误差、频率不稳定性误差和水蒸汽干扰误差随激光雷达工作波长变化关系,优化工作波长使浓度测量总误差达到最小值。最终选定激光雷达on-line波长为6361.2250cm-1,off-line 波长为6 360.99 cm-1,并仿真计算得到温度不确定性为1 K、频率不稳定度为0.6 MHz 时,共导致的CO2 柱线浓度测量误差为0.58710-6,达到CO2 浓度测量精度110-6 的要求,为星载IPDA 激光雷达系统实现高精度CO2 柱线浓度探测优化系统参数提供了参考。     

基于长周期光纤光栅的成品油中乙醇含量检测

提出采用长周期光纤光栅(LPFG)测量乙醇汽油与乙 醇柴油的研究。利用耦合模理论分析了LPFG的折射率敏感特性,得到LPFG谐振波 长漂移量与外界环境折射率的关系,并将其用于乙醇汽油 和乙醇柴油中乙醇含量的检测,得到乙醇汽油与乙醇柴油中乙醇含量与LPFG谐振波长漂移量 的 关系。实验结果表明,乙醇汽油中,乙醇含量每改变1%,谐振波长平均漂移量为0. 047nm;而乙醇柴油溶 液中,乙醇含量每改变1%,谐振波长平均漂移量为1.154nm。实验测量与 理论仿真的结果基本一致,验证了LPFG用于乙醇汽油和乙醇柴油检测的可行 性。     

用PL谱评测多量子阱红外探测器外延材料

对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料进行了光致荧光谱(PL)测量,结合理论计算,由材料吸收峰位置得到势垒高度以及势阱基态位置,并由此推算出相应的红外探测响应波长。推算结果与器件光电流实验值的对比表明,由光致荧光谱(PL)测量结果计算得到的响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性。     

基于斯托克斯参量的光纤光栅微压力传感方法研究

为了实现微压力的测量,提出了一种基于光纤光 栅Stokes参量的微压力传感新方法, 给出了理论分析和实验结果。在外界压力作用下,由于压力致双折射效应,光纤光栅两个线 偏振光的能量输出发生变化,仿真结果表明,第一归一化Stokes参量s₁峰值 与压力在一定 的测量范围内存在线性关系;另外为了减少波长抖动的影响并提高测量精度,文中提出了双 波长检测法。在外界压力为0~5N环境下,其压力灵敏度为0.075/N,实验结果与理论分析 结果吻合。     

测量扫描干涉仪线宽的一种新方法

本文介绍了用电光调相产生的载频、边频间隔作为尺度测量扫描干涉仪线宽。测量了干涉仪线宽与波长的关系及激光线宽对干涉仪线宽影响,实验结果与理论分析很好地一致。     

窄脉冲半导体激光器峰值功率测量方法研究

介绍一种利用示波器和光电转换装置同时测试窄脉冲半导体激光器的脉宽和功率的方法,主要分析了影响测量的几个因素,给出测量不确定度。该方法用示波器直接测量脉冲宽度,根据测量电压与激光脉冲功率的正比例关系,同时获得窄脉冲半导体激光器的脉宽和功率。经理论分析和试验验证均能满足对窄脉冲半导体激光器的脉宽和功率测量需要,在808～1064nm波长范围内做过多波长测量试验,测量结果令人满意。     

一种调频连续波干涉仪激光波长稳定性测量方法

针对调频连续波干涉测量系统中半导体激光光源存在波长漂移的问题,提出了一种基于干涉腔的调频连续波激光波长稳定性测量方法。首先推导了波长漂移量的测量理论,确定了位移-波长漂移量的变化系数,然后设计了拍频信号波长漂移量的解调算法,最后搭建了调频连续波干涉腔测量系统并进行了实验验证。结果表明,波长漂移量的测量分辨率为0.016 pm,波长漂移解算速度达50/s（测量时间为0.02 s）,相比光学拍频法和干涉比较法,测量速度有较大的提高。激光器持续工作1 h,测量标准差为0.049 pm,平均中心波长稳定性在0.19×10^-6内。该方法在光纤传感和精密干涉测量领域有较好的应用价值。     

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%。     

温度影响光纤光栅传感器性能蜕化机理及实验研究

结构健康监测中,光纤布拉格光栅(FBG)传感器性能蜕化将会严重影响整个监测系统的稳定性和准确性。而高温、高压等恶劣条件,均可能导致FBG传感器性能蜕化。基于光纤光栅传感器温度传感原理,分析了温度引起光纤光栅传感器性能蜕化的机理,并通过软件仿真和相应温度循环实验,分别考察了温度对不同FBG传感器性能蜕化的影响。实验结果表明,温度对FBG传感器性能蜕化的影响与FBG传感器自身质量参数有关。对于普通FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱峰值逐渐降低;而对于刻写完成后,光纤中仍含有少量氢分子的FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱不仅峰值逐渐降低,而且中心波长逐渐发生蓝移。     

光纤光栅高温传感器的研究

提出了一种能够测量高温的光纤布拉格光栅（FBG）传感器结构。利用线膨胀系数和长度均不同的两种金属细杆和光纤布拉格光栅设计而成的传感头，能够将被测温度转化为光栅的应变，解调由应变引起的光栅波长漂移，即可得知待测的温度。目前在实验室实现了500℃的动态范围和1℃的温度分辨率，实验结果与理论分析一致。     

基于莫尔效应的光纤光栅变迹的研究

从理论上分析了利用莫尔效应进行变迹所引起的光纤光栅反射谱和色散特性的变化 ,指出由于莫尔条纹状的折射率调制使平均有效折射率在光栅区维持不变 ,所以可以实现纯变迹。与此成为对照的是 ,常用的升余弦函数变迹由于存在F P腔效应 ,因此在短波边的边模抑制效果不够满意。利用拉伸和二次曝光法产生的莫尔效应 ,实现了对光纤光栅的纯变迹 ,边模抑制比比相同工艺条件下的未变迹提高了约 6dB。     

宽带FBG与自相关算法提高CCD解调精度的研究

为提高光纤光栅解调算法的精度,设计了3 dB带宽在1~3 nm之间的宽带布拉格光栅与自相关算法解调系统,使用线阵CCD检测光谱,进行波长寻峰分析与实验验证。线阵CCD离散像素点之间波长间距固定,宽带布拉格光栅可得到更多有效像素数据点;自相关算法只考虑传感测量时光谱的偏移程度,可抵消背景噪声,消除光栅刻写或封装过程中操作不当引起光谱异常的影响,从而提高光栅中心波长解调精度。温度测量结果表明,使用自相关算法解调啁啾光栅与宽带光栅,误差较高斯算法分别减少54.05%和40.87%,此算法可以使啁啾光栅达到正常光栅的解调精度。并且,使用宽带光栅的解调误差仅为啁啾光栅的50%。     

基于弯曲压杆的光纤光栅可调谐线性啁啾化

提出利用镍钛合金压杆弯曲应变引入到光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)实现无中心波长漂移可调谐线性啁啾化方法并进行了实验验证。设计一种镍钛合金压杆结构,理论计算并有限元分析验证了应变分布情况。将光纤光栅粘贴在镍钛合金压杆上,弯曲压杆将线性拉伸与压缩应变引入到栅区,利用光谱仪记录反射谱。实验结果表明,当压杆移动距离达到12.5 mm时,反射谱带宽增大到1.57 nm,中心波长漂移量仅为0.11 nm。利用光纤光栅啁啾化理论,结合传输矩阵法和龙格库塔法实现啁啾光纤光栅光谱重构。实验结果与仿真结果吻合。该方法制作的啁啾光栅可以实现带宽可调谐且基本无中心波长漂移,在光纤传输和传感领域均具有一定的应用前景。     

超声脉冲导入光纤光栅的动态光谱特性研究

提出超声以矩形脉冲波的形式轴向导入光纤光栅,分析超声脉冲作用于光纤光栅的机理;在此基础上,设计超声脉冲发生电路以及超声换能器,用高电压脉冲驱动堆栈式压电陶瓷产生沿光纤轴向的压缩脉冲,并通过符合声阻抗匹配的铝锥结构将脉冲幅值放大,高效地耦合进光纤光栅;采用CCD成像法高速采集光纤光栅在时域上的动态反射光谱,分析其时域上的光谱变化规律。结果表明:超声脉冲波长远大于光纤光栅长度时,超声脉冲导入的光纤光栅可有效搬移光谱,在脉冲作用时刻中心波长发生漂移。为超声脉冲与波分复用解调技术相结合提供参考。     

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。     

啁啾光栅解调的准分布式光纤Bragg光栅传感器

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的应用范围.提出一种线性啁啾光栅(CFBG)解调的准分布式FBG传感系统.利用波导理论分析了CFBG特性;利用传输矩阵法推导了CFBG反射谱模型及波长与相位延迟的关系,并给出了相位延迟曲线.实验表明:所设计的系统应变测量范围为0～2000 με,温度测最范围为0～80℃;相位变化与被...     

一种新的光纤布拉格光栅波长移位检测技术

提出了一种利用全光纤非平衡Mach Zehnder干涉仪作为边缘滤波器进行光纤布拉格光栅 (FBG)波长移位检测的方案。这种边沿滤波器具有梳状的滤波特性 ,且其两输出臂滤波特性互补。利用其一对滤波边沿 ,可以将被测光栅的波长信息转化为功率信息进行检测。在制作时 ,通过适当改变干涉臂长差可方便地调整测量范围和检测分辨率 ,具有较大的灵活性。以两种不同的比较运算的方法消除系统功率起伏对测量结果的影响 ,都得到了较好的结果。采用该检测方案进行了光纤布拉格光栅温度传感实验 ,得到了± 10 pm的波长测量精度。