分布式Bragg光栅应力测量系统的研究

提出了一种分布式Bragg光纤光栅应力测量系统,利用Bragg光栅作为传感基元,采用宽带光源和可调谐滤波技术对Bragg光栅阵列信号解调,实现分布式应力测量.通过理论分析和实验研究证实了系统方案的可行性,该系统应变测量的分辨率达到了33nε.     

基于Bragg光栅交叉法在温度补偿中的研究

设计了一种双光纤Bragg光栅交叉粘贴方案来解决光纤Bragg光栅对温度、应变交叉敏感的问题,利用该方案对光纤Bragg光栅应变测量时进行温度补偿.对方案的补偿原理进行了分析,可知当两光栅粘贴的夹角不同时,应变的灵敏度也不同,通过数值计算得出:两夹角为90°时,应变灵敏度达到最高.然后,对该方案进行了可行性实验验证,最终得出结论:设计的方案可以有效地对光纤Bragg光栅在应变测量时进行温度补偿,降低了温度的变化对光纤Bragg光栅反射波长漂移量的严重影响,证明了方案的可行性.     

受控等效光速减缓及其在磁场强度测量中的应用

提出一种基于等效光速减缓的光纤磁场强度传感方法,可用于细长型沿轴线呈线性分布的线圈的场强测量。工作时,多束激光可在光折变光纤内写入固定和移动两种光栅。将光纤置于特定磁场中,磁光效应导致部分光栅失效,从而改变了光速的等效减缓量。实测减缓量即可间接测得磁场强度值。     

光纤Bragg光栅的研究

分析了光纤Bragg光栅的特性,讨论了其结构参数。通过紫外光写入的方式,在普通单模光纤上制备了光纤Bragg光栅。典型的光纤Bragg光栅在1.56μm波段的反射率达99%,带宽0.6nm.     

双光路信号段交替合成压缩加密系统研究

介绍了一种光信号时域压缩的双光路信号段切换处理方法,在全光系统中实现了光信号分段切换,避免电子系统中存在的抗电磁干扰能力差等固有缺陷。红激光差拍干涉形成的移动干涉条纹等间隔匀速擦除由紫外光差拍干涉形成的移动光腔。通过调整系统参数,使两光波导之间写入光栅和擦除光条纹的移动速度分别相同,实现在同一时刻,两光波导对应位置的擦除红光明暗条纹分布相反,使得双路输入光信号被压缩切换到一路光信号输出,从而实现光信号的分段切换,可用于置乱加密等信号处理装置。     

桥式起重机模型挠度的光纤Bragg光栅试验研究

研制了1种利用光纤Bragg光栅对桥式起重机主梁挠度的实时在线监测模型。光纤Bragg光栅均匀粘贴于桥式起重机主梁,通过输入输出光纤与信号处理装置光连接。小车在主梁上吊挂后使主梁产生挠度,主梁作用粘贴其下表面的光纤Bragg光栅产生应变,即传感光栅的Bragg波长产生移位。利用解调仪得到的光纤Bragg光栅中心波长的移位值,反复计算挠度值,实现波长与挠度的对应关系。     

光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。     

光纤Bragg光栅应变传感器在桥梁结构监测中的应用

为了更准确了解桥梁结构变化情况,提出了一种新的检测方法。采用串联式组网方法,用光纤Bragg光栅(FBG)表面式应变传感器,对大桥左线衬砌裂缝及其长期变形进行监测。对裂缝存在区域的20个监测断面进行近一年的监测结果表明,对温度(测量记录最大温差6.4℃)进行补偿后,光纤Bragg光栅应变传感器的应变在正常范围内,表明在监测期桥梁结构稳定无异常变化。     

基于单片机的光纤Bragg光栅传感器的解调系统

长期以来,对光纤Bragg光栅传感器反射波长的检测是采用光谱仪,随着光纤Bragg光栅传感器应用的不断发展,光谱仪表现出越来越多的局限性.本文利用调谐法布里-珀罗腔多光束传播,当法布里-珀罗腔满足特定条件时其透射光可达到最强或最弱原理,建立了F-P腔解调系统模型,通过检测F-P腔的相关参数而得到所测的参变量;根据光纤Bragg光栅自身特性,建立了匹配滤波法解调系统模型,应用另一光纤Bragg光栅跟踪被测光纤Bragg光栅的变化,从而得到所测量;论文指出了应用时在这两种解调方案中需要解决的关键问题.为了提高系统测量的准确性和实时性,系统采用单片机系统处理相关数据信息.本文系统详细阐述了在解调系统中单片机的应用及相关接口模型,给出了详细的软硬件设计.     

基于负膨胀材料的光纤Bragg光栅温度补偿研究

伴随着光纤通信技术的发展,光纤Bragg光栅已成为光纤通信的基本元件.由于光纤Bragg光栅的中心反射波长λB随着环境温度的起伏而发生漂移,为光纤Bragg光栅的应用带来很大困难.本文用负热膨胀系数陶瓷粉末ZrW2O8对光纤Bragg光栅进行了温度补偿,取得了一定的补偿效果,为深入研究奠定了一定的基础.     

Regeneration,regenerated gratings and composite glass properties: the implications for high temperature micro and nano milling and optical sensing

A review of regenerated gratings and their application is presented. The relationship between new material perspectives based on the fundamental properties of amorphous structures and composite glass and the implications for practical component development is outlined. These have significant consequences on the high temperature performance possible for photonic components, such as short and long pitch fibre gratings, and call for a broader re-evaluation of fundamental fibre and waveguide design and fabrication to further optimise optical sensing and instrument technologies specifically for harsh environments such as those frequently found in the energy sector, both traditional and new. The work is even more relevant in light of global pursuits into extraterrestrial environments where extreme conditions are routinely present.     

光波导功分器的短缩优化设计方法研究

提出并验证了一种针对光波导功分器短缩化的新的设计方法。在BPM软件仿真运行的基础上,归纳了单位圆心角弯曲损耗与曲率半径之间关系的仿真实验公式,建立了光波导功分器各级Y分支之间的单调弧形连接模型,确定了光波导分路器的长度、总的弯曲损耗、单口弯曲损耗以及均匀性的计算公式。综合考虑光波导功分器各参数间关系,采用了遗传算法全局优化技术,设计了合理可行的评价函数。通过对1×8石英光波导功分器的验证表明,与现行同类产品相比,插入损耗和均匀性指标持平,有效长度缩短了3.5mm以上。     

基于拟合算法的傅里叶变换光谱仪光谱反演

在傅里叶变换光谱仪(FTS)中,精确获取每个干涉信号采样点处的光程差是获取光谱图的关键。动镜速度的波动会对等时间采样造成采样误差,而当目标光源波长较短时无法直接利用传统方法进行等光程差采样。分析了速度波动误差对光谱的影响,并提出了一种基于拟合算法计算干涉信号每个采样点处光程差的方法,在动镜速度波动较大的情况下对可见光波段的干涉信号进行采样反演。实验结果表明,此方法准确度高,适用于各种傅里叶变换光谱仪。     

全光受控时延系统的自发辐射噪声研究

介绍了全光受控时延系统的结构原理,研究系统中存在的自发辐射噪声。光脉冲信号进入系统后被掺铒光波导放大,与此同时,自发辐射光也被放大,成为噪声。在全光系统中输入不同功率的信号光,测量输出光的功率和损耗,得到自发辐射的噪声系数。自发辐射噪声是全光受控时延系统中存在的一种重要噪声。通过测量自发辐射噪声系数,可以反映全光受控时延系统的噪声品质。     

面向可见光波段的非周期悬空GaN薄膜光栅

基于严格耦合波理论,提出了一种在可见光波段能调控入射光相位的非周期悬空氮化镓(GaN)薄膜光栅。首先,采用有限差分时域(FDTD)方法,通过改变光栅的周期、占空比等参数仿真计算非周期悬空GaN薄膜光栅的光响应。然后,采用双面加工工艺和氮化物背后减薄技术在硅基GaN晶圆上制备非周期悬空GaN薄膜光栅,控制入射光束的相移。最后,通过角分辨微反射谱实验和光致发光测量实验表征了该薄膜光栅的光学性能。角分辨微反射谱实验结果显示非周期悬空GaN薄膜光栅的光学性能与FDTD的理论分析一致;光致发光测量实验显示其光致发光(PL)强度比硅衬底GaN光栅大大增强,峰值从364.3nm转移到378.7nm。另外,在可见光波段内,该悬空非周期GaN光栅有较大的入射角容忍度,为-25°~25°。得到的结果表明,研制的悬空非周期GaN光栅有助于提高光提取效率。     

光纤传感器在涡轮轴向位移检测中的应用研究

以光纤传感原理为基础，采用一种强度补偿型反射式光纤位移传感器，借助光纤本身的优势，实现涡轮机轴向位移的实时监测。系统包括光源及其驱动电路、光纤传输通道、信号处理电路和信号输出系统。通过双路接收的方法消除因光源发光功率波动、光纤损耗变化以及环境干扰光等因素对测量结果的影响。采用稳压源驱动和温度补偿保证光源发光的稳定性，进行转速监测以补偿速度变化引起的误差。采用单片机完成被测信号的识别和处理，提高了测量的精度。     

少模光纤倾斜光栅制备及扭转传感研究

设计了一种基于少模光纤倾斜布拉格光栅的反射型扭转传感器,小角度倾斜光栅中的纤芯基模与二阶模在光栅处发生互耦,通过测量该过程形成的反射峰强度变化实现扭转测量。分析了光栅倾斜角度对模式耦合效率的影响,采用相位掩模板法在线刻写光栅技术,在少模光纤上刻写了不同的小角度倾斜光栅;在此基础上选择倾斜角度为1°的光栅进行了单点、双点扭转传感实验,实验表明其反射光谱中基模与二阶模的互耦合峰(LP₀₁-LP₁₁)对光纤扭转敏感,可以实现对扭转角度大小的测量。在-50°～-150°逆时针扭转过程中,扭转灵敏度为0.52 dB/(rad·m^-1),而在40°～190°顺时针扭转的角度范围内,扭转灵敏度为0.34 dB/(rad·m^-1)。这种传感器具有在单根光纤上实现多点扭转传感的潜力,在多点扭转监测方面具有应用前景。     

微弱光强信号采样电路设计

微弱光信号检测电路应用在许多精密测量仪器中。针对微弱光强信号放大采样问题,分析了传统光电检测电路存在的不足,采用S2387系列光电二极管,结合多级放大电路与T型反馈电阻网络,设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析,通过对前后级放大倍数的合理分配,该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求,简洁可靠,适合于光强和波长变化范围大的微弱荧光、散射光和反射光检测。     

单列光源反射式光幕靶检测弹着点

为了降低弹丸着靶点检测的成本,提出了一种新的弹着点检测原理。采用单列光源,经两面条形表面反射镜反射后,形成"Z"型的三道光幕,用于实现对弹丸等飞行目标的测速及定位。弹丸的速度和着靶点水平方向的坐标可以通过对时间的测量得到,弹丸着靶点竖直方向的坐标可以通过单列光探测器获知。文中对检测原理进行了研究,对光源、探测器、信号特征、有效测试区域、射频测试能力等进行了分析,并在桌面进行了原理性试验。高速摄影机拍摄的小球坐标与"Z"型结构测量出的坐标相对位置误差为0.1～1mm,传统区截靶法与"Z"型结构测量出的小球速度相对测速误差为0.02%～0.2%,说明基于反射镜的"Z"型结构在定位和测速方面的应用具有可行性,提出的方法具有结构简单、解算方便、节省成本的特点。