载波调制法提高保偏光纤偏振耦合检测的信噪比

保偏光纤偏振耦合系统能有效检测保偏光纤中偏振耦合点的空间位置及耦合强度,因而可被广泛地应用于应力、应变、温度和位置的分布式传感中。由于噪声影响,测试系统中的信噪比和耦合强度检测灵敏度会下降。为了改善系统信噪比,提高保偏光纤中弱耦合点的检测能力,将铌酸锂外调制技术应用于白光干涉保偏光纤耦合测试系统。调制后的信号经光电探测器接收,用数字解调算法进行数据处理。实验结果表明:在电机扫描速度为0.75 mm/s,调制频率为9.1 kHz,采样率为140 kHz时,载波调制时信噪比提高了8 dB,解调耗时仅1.12 s。     

数字化扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

首先简要介绍了保偏光纤及其主要参数:模式耦合系数、拍长、偏振消光比和偏振串音等,并给出这些参数的定义和表达式;评价保偏光纤性能的拍长、模式耦合系数、偏振串音等参数也都与偏振耦合相关.讨论了偏振耦合测试技术,对成功应用于保偏光纤测试的波长扫描干涉法等七种方法作了比较.采用"白光"Michelson技术实现了光纤的寄生偏振耦合点空间分布位置测试仪,以该仪器完成了保偏光纤环扫描;偏振无源光器件测试;保偏光纤对轴;保偏光纤拍长测试;分布式(应力、位置、温度)传感;保偏光纤双折射色散测试等.并以保偏光纤环扫描为例给出实验结果,证明了仪器设计理论和实验结果的相符合性.     

保偏光纤偏振耦合应力传感器的研究

作用在保偏光纤上的横向应力可以引起偏振耦合现象,通过测量耦合强度可以检测应力的位置和大小,实现应力传感.设计了应力施加装置,包括底座、手动微位移台、数显测力计、施力探头、旋转台、光纤夹持机构和受力支架.在1根直径125μm,拍长2.1 mm的保偏光纤上进行了应力大小和作用长度对偏振耦合强度影响的实验研究.结果表明作用长度为拍长一半的奇数倍时,耦合强度最大.在部分区域耦合强度和应力大小成线性关系,可应用于应力传感器中.     

基于强度检测的HiBi-PCF-FLM温度不敏感应力传感器

提出一种基于强度检测的高双折射光子晶体光纤环镜(HiBi-PCF-FLM,highly birefringent photonic crystal fiber loop mirror)温度不敏感应力传感器。利用PCF对温度的不敏感性,把一小段HiBi-PCF传感光纤插入到FLM中,可实现温度不敏感应力传感。利用应力作用引起FLM透射光谱移动的特性,由DFB激光作为入射光源,使用光功率计检测经过FLM后的透射光强度,实现基于强度检测的应力传感。当输入波长为1547 nm时,作用于PCF应力与经过FLM后透射光强度的关系可拟合为二次函数,其与实验数据的拟合度高达0.9995。     

光子晶体光纤环偏振耦合强度温度特性实验研究

以光子晶体光纤环为研究对象,利用白光干涉仪测试了不同温度下保偏光子晶体光纤环和普通保偏光纤环内部的偏振交叉耦合强度分布,分析了光纤环中固定耦合点不同温度下的偏振耦合强度变化。结果表明,在-40℃~50℃的温度条件下,保偏光子晶体光纤环偏振耦合强度最大变化率为0.97%;普通保偏光纤环偏振耦合强度的变化率为4.71%,约为保偏光子晶体光纤环的5倍。实验研究证明,光子晶体光纤环的偏振交叉耦合强度温度稳定性高于普通保偏光纤环的偏振交叉耦合强度的温度稳定性。     

白光扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

采用白光扫描干涉法，利用Michelson干涉仪中移动臂的移动补偿保偏光纤中产生的光程差，从而实现对保偏光纤绕组中偏振耦合点的耦合强度及空间位置分布的有效检测。分析了白光干涉仪的原理、结构以及干涉条纹特点，进行了保偏光纤环的扫描测量。结果表明，第一个保偏光纤环的质量优于其他各环，证明了仪器设计理论和实验结果相符。     

光纤陀螺光源SLD启动时波长的变化机理

基于现代化战争武器和惯导系统对光纤陀螺快启动的强烈需求,对光纤陀螺启动最慢的核心器件光源超辐射发光二极管（SLD）启动时波长的变化机理进行了研究。主要包括对SLD波长随驱动电流和管芯温度的变化规律进行了理论分析和实验验证,得出了SLD的平均波长随驱动电流的增大而减小,变化量约为0.15 nm/mA,随温度线性增加,变化量大约为0.5 nm/℃;根据理论分析驱动电流和管芯温度启动时的变化规律建立了SLD启动时波长的变化模型;通过实验测试得到的驱动电流和管芯温度启动测试结果推导出了SLD启动波长最大变化量达到18 000 ppm;最后根据分析结果提出实现陀螺快启动的波长补偿方案。     

干涉型光纤传感器中的双重降噪方法

基于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪结构,构造了全保偏光纤传感系统,以单频窄线宽保偏光纤激光器作为光源,采用了光源光电负反馈和双光路平衡检测双重降噪方法,降低了光源的附加强度噪声,使系统信噪比(SNR)提高了约15 dB,达到60 dB。     

Panda型保偏光纤偏振轴检测技术

保偏光纤偏振轴的测定是保偏光纤应用中的关键技术。在基于图像处理的Panda型保偏光纤定轴系统中,针对应力圆边缘检测存在伪边缘造成应力圆圆心定位不准的问题,提出了一种基于最小二乘法改进的圆检测方法,通过检测到的圆参量计算阈值并剔除阈值范围外的边缘点,进行迭代拟合,迭代过程中圆参量不发生变化后停止迭代。实验结果表明:该方法可以很好地去除噪声和伪边缘对圆检测造成的干扰,并对真实Panda型保偏光纤端面图像的处理有较好的鲁棒性。     

双折射波导偏振耦合的短相干干涉测量

保偏光纤内部具有的高双折射,使其在内部传播的主模和耦合模之间存在一定的光程差。研究了高双折射波导中连续偏振耦合分布和分立点耦合的白光干涉测量法,推导出一种简明使用的公式,求出双折射波导的保偏参数,并且根据调制解调相关原理精确测量耦合点的强度和位置。实验测量了国产类矩形保偏光纤以及光纤偏振器。该方法最突出的优点是采用非破坏性方法测出保偏波导的每个局部的保偏参数,可用于检测集成波导器件和保偏光纤的质量、双折射波导之间的主轴对准、分布式光纤应变传感器等领域,并且可作为保偏光纤生产和使用的一种有效检测方法,大大提高集成波导器件及相关传感器的性能。     

保偏光纤模式耦合分析及其相干检测

当保偏光纤存在结构不均匀或者受到外部扰动时,将使其内部传输的一部分偏振光耦合到与其正交的偏振态上去。分析了保偏光纤内偏振光模式耦合的原理,给出了基于白光干涉法的偏振模式耦合检测方法,并用迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振模式耦合的耦合强度和耦合点发生的空间位置进行了测试。通过步进电机控制迈克尔逊干涉仪扫描臂的反射镜移动,改变干涉仪两臂之间的光程差,来补偿由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤出射时的光程差,实现了对偏振耦合的测量。为提高检测系统的灵敏度,需提高输出信号的信噪比,对光源发出的光进行高频调制,通过频谱搬移和相干解调,有效地抑制了各种干扰和噪声,使输出信号的峰值信噪比提高了5.1 dB,耦合强度测试最小值也由-57.6 dB提高到-62.7 dB,增强了测试系统检测微弱偏振耦合的能力。     

玻璃测厚系统中激光双光斑中心定位方法

双激光光斑中心定位是利用半导体激光和CCD组成的玻璃厚度测量系统中的重要步骤。双光斑中心测量中由于光斑之间相互干扰,易导致光斑分布不均匀和杂散斑干扰严重等问题。传统的定位算法应用在玻璃测厚系统中均存在精度较低、抗干扰能力差等缺点。提出一种基于高斯拟合法的改进算法。首先采用二维零均值高斯函数进行平滑滤波;然后利用高斯拟合法对光斑进行拟合,以获得表征光斑理想光强分布的高斯函数;最后根据理想光强分布将杂散斑滤除后再进行高斯拟合求得光斑中心坐标。仿真实验结果表明此方法可以提高中心定位的精确度和抗干扰能力,使定位误差小于0.1个像素。     

"1"字型保偏光纤的结构设计及其制备

保偏光纤是利用高双折射光纤的特性,使两个偏振模在传输过程中不易耦合,维持偏振态的稳定.目前一般通过应力致偏的方法使光纤纤芯内产生高的双折射,这种高双折射主要是由于光纤内不同材料的线膨胀系数差产生的内应力而形成,其机理满足应力-光弹效应,因而对应力致偏型高双折射保偏光纤的结构设计提出较高的要求.对新型"1"字型细径保偏光纤的结构设计及工艺制备方法进行了详细阐述.     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术,提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差,特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合,其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求,研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术,保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作,而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0~200℃内,达到了±0.5℃测量精度。     

利用非线性偏振旋转效应的可调谐多波长光纤激光器

提出了一种基于非线性偏振旋转(NPR)效应的可调谐多波长掺铒光纤(EDF)激光器,非线性偏振旋转诱导的强度相关非均匀损耗有效地抑制了均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争,使光纤激光器在室温下产生稳定的多波长输出。其中利用保偏光纤和偏振相关隔离器组成的等效Lyot 双折射光纤滤波器作为波长选择器件,该滤波器可以通过选择合适的双折射光纤长度改变波长间隔,调节偏振控制器改变偏振态实现对波长的精密调谐。实验采用10 m长的保偏光纤(PMF),得到了波长间隔为0.35 nm、最多17个波长的稳定激光输出,并且实现了输出波长在4 nm范围内的连续可调谐。分别采用10:90、30:70和50:50的输出耦合器,激光信号分别从10%、30%和50%的端口输出,得到了最多17、14和13个波长的输出,其波长功率浮动分别为13 dB、10 dB和7 dB,另外,其最大输出功率分别为-7 dBm、-3 dBm和0 dBm。实验结果表明,输出耦合器输出端比例越大,输出波长就越少,各波长激光输出功率越平坦,且输出功率越高。     

Quantum noise in superluminescent diodes

Intensity noise in a superluminescent diode (SLD) has been studied over the frequency range from 100 Hz to 2 MHz. The"1/f"noise which dominates at low frequencies (< 50 kHz) is superceded by a flat "white noise" spectrum at higher frequencies (> 500 kHz). A more extensive investigation has been carried out in this higher frequency regime, where the intensity noise is assumed to result from quantum fluctuation effects. For a given SLD driving current, the excess noise power is found to be a linear function of photodetector current to the maximum observed level of 12 dB. These results agree well with the behavior predicted by a quantum amplifier model for the SLD.     

单偏振光纤激光器的研究进展

单偏振光纤激光器已成功应用于光纤传感、光纤陀螺和相干通信等领域。在阐述了光纤激光器机理和偏振理论的基础上,综述了光纤激光器基于保偏光纤、偏振控制器以及光纤布拉格光栅（FBG）等技术实现单偏振输出的方法以及近年来的研究进展,并对其进行了对比分析,提出相应的改进方案。