光纤布拉格光栅温度和应变交叉灵敏度的实验研究

测量了光纤布拉格光栅(FBG)在-150～550℃范围内中心反射波长对应变的依赖关系,得到了光栅的温度和应变交叉灵敏度系数。结果表明,不论是在低温环境还是高温环境,当光纤所受张力小于6000με时,波长变化与应变大小呈线性关系;光栅的应变灵敏度系数和交叉灵敏度系数是温度的函数,温度越低,应变灵敏度系数越大,交叉影响越显著。     

封装材料性能对光纤布拉格光栅温度灵敏度影响分析

光纤布拉格光栅封装后其温度灵敏度与裸光纤光栅有很大不同,这是因为封装材料的性能参数(包括泊松比,弹性模量,热膨胀系数及封装厚度)与光纤光栅的材料性能参数不一致造成的.理论分析了封装材料性能参数对光纤光栅温度灵敏度的影响.讨论了化学镀镍FBG的温度灵敏度公式,理论分析并用实验证明了镀镍层厚度与温度灵敏度的关系,理论分析得到化学镀层厚度分别为2.315μm、16.655μm、85.255μm的镀镍FBG的温度灵敏度依次为12.840 6 pm/℃、17.9784 pm/℃、20.202 9 pm/℃,实验值依次为12.313 pm/℃、17.1pm/℃、20.024 pm/℃.理论值与实验值基本一致.     

一种低成本FBG高温传感器的研究

采用相位掩模法,利用紫外光在载氢普通掺锗单模石英光纤中制作出光纤布拉格光栅(FBG)。同时,将反射率为17dB的光栅FBG1和反射率为41dB的光栅FBG2置于30～1000℃的高温炉内进行温度特性比较实验。在30～870℃范围内FBG1和FBG2两者中心波长随温度的变化趋势一致,且两个光栅反射波长都在870℃时消失,当温度继续升高到900℃时,仅有FBG2再次出现反射率为1dB的反射峰。对经过高温处理后的FBG2再次进行30～1000℃温度测量实验,温度灵敏度为0.02nm/℃,线性度为0.999。实验结果表明,对于具有高反射率的FBG进行高温热处理后,其可以在30～1000℃的温度范围内进行传感测量,且中心波长随温度变化呈良好的线性关系。利用该方法可以制作出低成本的可用于高温环境测量的FBG温度传感器。     

光纤Bragg光栅液氦环境下温度传感特性的研究

进行了液氦温度(4.2 K)到室温(298 K)温区内光纤Bragg光栅(FBG)温度传感性能的实验研究.重点分析了液氦温度(4.2 K)到液氮温度(77 K)FBG的温度传感特性.实验表明:FBG传感特性与温度相关.在50 K以下,温度响应基本没有变化;50 K-77 K,波长偏移量随温度上升变化不规律;150 K-298 K传感特性近似成线性.对比裸光栅与涂敷光栅,涂敷光栅的温度灵敏度远大于裸光栅的温度灵敏度.选用外加热膨胀系数大的聚合物封装,可以显著提高FBG的温敏系数和线性度.     

聚合物封装光纤布拉格光栅传感器温度压力特性研究

分析了聚合物封装光纤布拉格光栅(FBG)传感器温度与压力响应特性。通过实验对某种特殊聚合物封装光纤光栅的温度与压力响应进行研究，发现当温度变化范围较大时．由于温度对材料弹性模量的影响．光纤光栅的压力响应灵敏度不再为常数，而是随温度变化的。当温度在30℃时．其压力响应灵敏度为0．036nm／MPa．在180℃时则变为0．175nm／MPa，且灵敏度系数随温度的变化呈分段线性变化。因此在使用聚合物封装实现光纤光栅传感器增敏以及大范围温度和压力的同时测量时，需要将弹性模量作为温度的函数．代入光纤光栅温度与压力响应灵敏度系数矩阵公式中以消除大范围温度变化对聚合物力学特性的影响。     

新颖的光纤光栅温度压力同时区分测量传感器

提出了一种基于圆柱形容器和活塞结合的双光纤Bragg光栅(FBG)温度和压力同时区分测量的传感模型.将FBG 1和FBG 2粘结在基底材料上,基底材料固定在活塞和圆柱形底部间,圆柱形容器内压力和温度的变化将引起FBG 1波长的变化,圆柱形容器内温度的变化引起FBG 2波长的变化,通过2根光栅的波长漂移来进行温度和压力的区分测量.实验测得该传感器的压力响应灵敏度系数为0.822 3 nm/MPa,温度响应灵敏度系数为0.032 2 nm/℃,分别是裸FBG的274倍和3.2倍.该传感器可以实现10 MPa压力以下、-20～100 ℃温度的液体和气体的高精度同时测量;可以改变基底材料的种类或基底材料和活塞的参数,实现不同灵敏度要求的温度、压力同时测量.     

基于乙醇灌注边孔光纤的Sagnac干涉型温度传感器

提出并研究了一种基于乙醇灌注边孔光纤(SHF)的Sagnac干涉型温度传感器。边孔光纤是一种高双折射光纤,其包层中纤芯两侧具有两个空气孔。将乙醇填充进边孔光纤的空气孔中,利用乙醇的折射率随温度的变化,改变边孔光纤的双折射系数,使Sagnac干涉仪的输出谱发生波长漂移,从而实现了温度传感。实验获得该传感器在20℃～80℃的温度变化范围内灵敏度为86.8pm/℃,为普通光纤布拉格光栅(FBG)传感器的8倍。     

石油测井光纤光栅温度压力传感器

根据石油测井时对温度、压力传感器的要求,设计了一种利用聚合物封装的光纤布喇格光栅(FBG)传感器.封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0.02128 nm/℃和0.163 nm/MPa,分别为裸光栅的2.1倍和52.3倍,压力测量范围0～30 MPa,且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长呈良好的线性关系.通过现场测井实验,测得光纤光栅温度和压力传感器与电子五参数传感器的测量值符合良好,该传感系统满足了温度和压力测量的要求.     

金属化封装光纤光栅传感器超低温特性研究

传统胶封光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器的胶黏剂在超低温环境中存在着板结、与基体间热失配等问题。针对胶封光纤光栅传感器在超低温条件下进行测量的局限性,本文设计一种全金属化封装结构,并采用超声焊接的方法将光纤光栅封装固定于特种铝合金基底表面。在-160～0 ℃环境下,对两支FBG温度传感器的超低温传感特性进行了实验测试。结果表明,该封装形式的FBG传感器的线性度较好,相关系数均在0.99以上。它们的温度灵敏度系数在线性变化区间平均值分别为27.88 pm/℃和26.17 pm/℃,分别是封装前裸光纤光栅的2.75倍和2.58倍左右,提高了温度灵敏度。此金属化封装的FBG温度传感器的工艺简单,易于实现,可用于超低温恶劣环境下的温度测量。     

低温环境下FBG温度传感特性研究

在低温环境中,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)材料的热膨胀系数和热光系数会发生改变,从而影响其温度传感特性。文章通过实验研究了裸光纤光栅传感器和黄铜管封装的光纤光栅传感器在低温下的温度传感特性。结果表明,在80~300 K温度范围,裸FBG温度传感器的灵敏度为6.43 pm/K,线性度为0.974,在80~230 K温度范围,温度与光纤光栅的中心波长呈现非线性关系;黄铜管封装的FBG温度传感器,在整个温度范围内灵敏度可达26 pm/K,线性度为0.996,较裸FBG温度传感器均有较大提升。对比实验表明,对光纤光栅进行封装,可以提高其温度灵敏度和线性度,改善温度传感特性。     

包层泵浦光纤激光器长度优化设计的研究

文章基于三能级系统光纤激光器的速率方程模型,重点分析了输入端反射系数R1、输出端反射系数R2以及泵浦功率这3个因素对包层光纤激光器最佳光纤长度L优化的影响.并用数值仿真进行了研究,得到了有意义的结果,对包层泵浦光纤激光器的研究具有重要意义.     

损耗对级联光纤RFA增益平坦度影响分析

增益平坦度是衡量光纤通信中喇曼光纤放大器的关键参数之一。文章从级联光纤实现喇曼增益谱平坦技术的分析理论入手, 改进了实现喇曼增益谱平坦的约束条件, 利用Matlab分析了光纤损耗对RFA增益谱平坦度的影响。结果表明: 在喇曼光纤放大器系统中, C波段各个光之间不同的损耗系数是影响增益平坦度的关键因素, 即信号光之间损耗系数的不同会引起喇曼光纤放大器的增益平坦度劣化, 各个被放大信号光之间的损耗系数相差越大, 则增益平坦度越差。     

损耗对级联光纤RFA增益平坦度影响分析

增益平坦度是衡量光纤通信中喇曼光纤放大器的关键参数之一。文章从级联光纤实现喇曼增益谱平坦技术的分析理论入手,改进了实现喇曼增益谱平坦的约束条件,利用Matlab分析了光纤损耗对RFA增益谱平坦度的影响。结果表明:在喇曼光纤放大器系统中,C波段各个光之间不同的损耗系数是影响增益平坦度的关键因素,即信号光之间损耗系数的不同会引起喇曼光纤放大器的增益平坦度劣化,各个被放大信号光之间的损耗系数相差越大,则增益平坦度越差。     

用光纤光栅测量材料的热膨胀系数

提出了一种利用光纤光栅来测量物质热膨胀系数的新方法。光纤光栅被固定在待测的样品上。测量的原理是基于光纤光栅的温度和应力特性。测量精度达到0.21×10-7/℃。而且测量过程非常简单和易于实现。     

利用自相位调制效应测量微结构光纤的非线性系数

报道了利用光纤中的自相位调制(SPM)效应对微结构光纤的非线性系数进行测量的实验.实验中采用半导体激光器作为脉冲光源,输出宽度为1.6 ps的双曲正割型脉冲,经掺铒光纤放大器(EDFA)放大后进入80 m的色散平坦微结构光纤,由于自相位调制效应,出射光谱得到展宽.通过测量输入微结构光纤的脉冲峰值功率和输出光谱,可以计算得到微结构光纤的非线性系数.该测量方法简单、准确,实验测量值与光纤的标称值误差小于1%.     

高非线性色散平坦光子晶体光纤的理论研究和数值模拟

利用全矢量等效折射率模型计算了空气孔间距、空气穴半径、空气填充率对非线性系数以及色散特性的影响,通过计算发现空气填充率主要影响色散曲线的形状和变化趋势，孔距A主要影响具体的数值大小，调整孔距可以改变曲线零点的位置。非线性系数随空气穴半径r的增大而增大，随孔距A增大而减小，当空气填充率一定时，即孔距A和半径r同时增大时，非线性系数却是减小的，这说明空气穴节距对非线性系数起主要作用, 最终设计出了几种不同特性的820nm处高非线性色散平坦光子晶体光纤。     

多泵浦反向激励的拉曼光纤放大器的实现

在拉曼光纤放大器理论建模的基础上,设计并制作了四波长八泵浦反向激励且带宽为90nm的光纤放大器。利用康宁公司生产的25kmSMF作为增益光纤,得到拉曼增益为(11.5±1)dB。采用在不同泵浦情况下实测得到的信号增益系数谱和泵浦之间的增益系数谱,使理论建模得到的拉曼增益与实测相一致。     

OptiAmplifier下的光纤拉曼放大器仿真探究

本文利用Optiamplifier光放大器设计软件对拉曼放大器的泵浦光源种类、泵浦光源波长、泵源数目及功率的大小,及采用何种光纤等方面进行了仿真实验,最后从成本、实用角度出发采用三泵源实现了1530~1600nm放大带宽、平坦增益等性能指标。     

基于单模光纤选模机制的单模输出6芯光纤激光器

为了实现多芯光纤激光器的单模输出,提出一种新的选模机制,即利用单模光纤进行选模。采用单模光纤和全反镜相结合作为选模器件,可以使6芯光纤激光器中同相位超模的耦合效率远远大于其他高阶超模,从而使高阶超模得到有效的抑制,实现高亮度的同相位超模单模输出。为了提高同相位超模的耦合效率,可以进一步优化单模光纤纤芯尺寸,同时调节单模光纤和6芯光纤之间的间隙距离。将同相位超模的耦合效率代入速率方程进行理论模拟,证明输出功率和耦合效率之间的必然联系,结果显示同相位超模输出功率随着耦合效率的增大而增大,得到单模输出的最大光-光转换效率为63.7%。