光纤氢传感器的研究与发展

本文叙述了目前国内外光纤氢传感技术发展的现状与应用,论述了光纤氢传感器的基本原理、性能特征和优势,比较了几种典型光纤氢传感器的结构和工作原理、性能及特点,并对光纤氢传感技术的应用前景进行了讨论和展望。     

导波光学氢敏传感器研究进展􀀂

为了了解光学氢敏传感器研究与现状,我们介绍了导波光学氢敏传感器的主要应用场合和氢敏感膜的结构与镀膜工艺,对有代表性的光纤微透镜型、表面等离子共振光纤型、光纤倏逝波场型、光纤光栅和集成波导型氢敏传感器的结构及性能做了详细的分析,并对导波光学氢敏传感器的未来发展做了展望.     

刻蚀衍射光栅像差特性分析

对作为波分复用关键器件之一的刻蚀衍射光栅(EDG)的像差特性提出了一种简单方便的计算方法,分析了像差对刻蚀衍射光栅频谱响应的影响.理论推导了基于基尔霍夫衍射、角谱衍射以及快速傅里叶变换等方法.最终证明彗差会造成谱形失称,明显降低耦合效率;而球差则会明显地增加串扰.并指出当像差存在时通过输出端加ta per结构,并不能显著改善器件的串扰特性.     

表面等离子共振氢敏传感器理论和模拟

提出了一种钯(Pd)膜氢敏感表面等离子共振传感器结构,该传感器以镀在棱镜端面的 Pd作为氢敏感膜。Pd 膜吸氢以后发生化学反应,生成的 PdHx使折射率发生变化,同时,它作为金属膜产生 SPW,当折射率变化时又在金属和介质表面产生表面等离子共振。利用 Fortran 语言程序进行了表面等离子共振氢敏传感器的 Pd 膜厚度和传感器灵敏度数值模拟。氢气浓度的变化引起折射率的变化,数值模拟表明,表面等离子共振氢敏传感器的灵敏度与 Pd 膜厚度有关,当 Pd膜的厚度在 10-30nm 时,氢气浓度在 1%-10%范围内具有较高的灵敏度。这种传感器结构将用于监测氢气作燃料的商用和军用机车的氢气泄漏。     

刻蚀衍射光栅像差特性分析

对作为波分复用关键器件之一的刻蚀衍射光栅(EDG)的像差特性提出了一种简单方便的计算方法,分析了像差对刻蚀衍射光栅频谱响应的影响.理论推导了基于基尔霍夫衍射、角谱衍射以及快速傅里叶变换等方法.最终证明彗差会造成谱形失称,明显降低耦合效率;而球差则会明显地增加串扰.并指出当像差存在时通过输出端加taper结构,并不能显著改善器件的串扰特性.     

应用两点法对EDG器件的优化设计

应用两点法对EDG器件进行了优化设计,将器件中凹面光栅对中心波长的无像差点由一个 增加到两个,并由此确定各光栅槽面的位置及输出点的位置。利用标量波动衍射理论进行了数值模拟,结果表明,该设计能明显降低系统像差,改变了传统设计方法在大通道数情况下像差过大、边缘通道性能劣化等问题。     

一种用于泥石流地声监测的FBG加速度传感器

针对泥石流地声的特性,设计了一种悬臂梁 结构的光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。理论分析了FBG传感器灵敏度、谐振频率的 影响因素,对传感器 的关键参数进行了优化设计;引入抗弯光纤、高分子超薄涂覆以及CCD解调等新技术,改 善传感器的灵 敏度、串接复用等性能;最后进行了对比测试。实验结果表明:所设计的传感器灵敏度高达 400pm/g,固有频率为310Hz,能很好地满足 泥石流地声监测的要求。     

基于弱光栅阵列增强的Φ-OTDR传感系统性能分析

在基于弱光栅阵列增强的相位敏感光时域反射技 术(Φ-OTDR)传感系统中,通过以弱光栅阵列(FBG)的反射信号代替传统Φ-OTDR中的瑞利散射信号,并通 过匹配干涉仪来解调出相位变化,实现分 布式测量。本文研究了弱光纤光栅阵列对Φ-OTDR振动传感系统 信噪比(SNR)改善的效果,并分析了随 之带来的串扰影响。实验结果表明,相比于传统Φ-OTDR传感系统,采用约－35 dB反射率弱光栅阵列增强 的Φ-OTDR传感系统有着更低的相位噪声水平,信噪比提高了33 dB;由于弱光栅阵列中的串扰影响,在 光纤2.4 km处的噪声水平相比于入射端上升了18 dB,但仍然好于无光栅阵列的Φ-OTDR系统。     

工艺误差对EDG器件性能的影响

定量地分析了蚀刻衍射光栅 (EDG)波分复用 (WDM)器件的制作过程中存在的光栅槽面圆角、槽面倾斜以及槽面粗糙等工艺误差对器件性能、特别是插入损耗的影响。当圆角半径、槽面倾斜角和粗糙度分别为 1μm、1°和 40 nm时 ,相应产生的损耗为 1.7d B、0 .7d B和 1d B。