基于Michelson 干涉仪的光纤分布式扰动传感器

提出并研究了基于Michelson 干涉仪的应用于检测时变扰动的光纤分布式传感器。所提出的光纤传感器由两个Michelson 干涉仪和一个光纤延迟环组成。扰动作用在传感光纤上,引起传输光波相位的调制作用,可以通过该传感器进行检测并得到扰动的位置信息。通过光电探测器对干涉信号进行接收。对接收到的信号进行隔直,并通过求取峰峰值的方法对隔直后的信号进行预处理。通过希尔伯特变换、相位去包裹和三角函数运算可以提取出预处理信号中包含的相位信息。最后,通过频谱分析和相应的数学运算可以实现扰动的定位。在20 km 的监测距离内通过实验验证了传感器的可行性。所提出的光纤传感器具有实时性好、抗偏振性、低成本的独特优势。     

基于高非线性Sagnac干涉仪的超高速全光NOT门可级联性研究

在未来的通信领域中,全光逻辑门是全光计算机和全光网络的基本单元。目前已经提出了很多实现全光逻辑门的结构和方法,但是全光逻辑的技术瓶颈也出现了,就是怎样能够将单个的全光逻辑门级联起来实现更复杂的逻辑关系。现存的全光逻辑门结构一般不具有很好的可以实现多级连接的级联性,而且现有的对于级联性的分析大都停留在理论层面,而没有与实际情况相结合,所以对于实际应用来说意义很小。提出了一种新型的基于高非线性Sagnac 干涉仪的超高速全光NOT 门,建立了它的数学模型,采用了与实际情况更加接近的高斯脉冲模拟输入光,并且在仿真结果的基础上分析了系统的级联性,对级联性的分析考虑了光纤损耗和走离效应的影响。得到的基本结论表明,所提出的全光逻辑门的结构能够在实际情况下保持良好的级联性。     

调制器消光比对光纤分布式扰动传感器的影响

基于多波干涉原理,建立了调制器消光比(ER)不理想条件下基于相位敏感光时域反射(OTDR)的光纤分布式扰动传感器(FDDS)光路系统输出信号模型,研究了调制器ER对FDDS定位精度的影响机理。仿真结果表明:调制器的ER不理想引起泄漏光产生的后向散射相干曲线是噪声源,它会导致传感器的信噪比(SNR)恶化。因此,调制器的ER是引起定位误差甚至传感器无法定位的一个关键因素;当调制器的ER分别低于10.2dB和7.8dB时,依据有扰动减无扰动定位方法以及移动平均和移动差分算法得到的传感器SNR低于2dB,定位算法失效。通过调节声光调制器的驱动电压来改变衍射效率从而改变调制器的ER,实验结果与数值仿真基本一致。     

光纤陀螺的死区研究

试验验证了光纤陀螺的死区，分析了电路的交叉耦合是产生死区的主要原因。同时．调制器当2π位电压不准确或者解调信号存在尖峰脉冲时，阶梯波与方波的数字叠加，也容易出现较大死区。提出了抑制死区的具体措施。     

全数字PGC解调的载波相位超前技术

分析相位载波(PGC)解调中载波相位延迟产生的影响,表明载波相位延迟引起解调输出幅值衰减,严重时导致解调输出恒为零.提出采用载波相位超前技术消除其不利影响.在全数字PGC 解调系统中,采用余弦查找表(LUT)方式生成载波数字波形,通过在LUT 的地址输入端引入固定偏置,生成相位超前的载波,补偿解调系统中固有的延迟,达到消除不利影响的目的.固定偏置可以通过对解调系统进行分析和测试获得.实验结果表明,载波相位超前技术是有效的.     

一种新型的光波导光学相控阵的特性研究

采用光纤作为传输链路,将光子晶体光纤作为系统的输出阵列,LiNbO3波导作为相位调制器,构建了一种基于光纤光路的光波导光学相控阵。根据光学相控阵理论和LiNbO3波导的电光效应,分析了系统的可行性, 并研究了这种新型结构下的光波导光学相控阵的输出衍射特性和光子晶体光纤阵列结构参数的关系。研究结果表明通过控制施加在LiNbO3波导上的电压可以改变出射光束的附加相位从而实现光束的偏转;光子晶体光纤阵列上的纤芯数量、纤芯间距以及纤芯的排列方式等结构参量会对系统的输出光束的光强分布、半峰值全宽度（FWHM）和归一化的振幅分布产生影响。随着光子晶体光纤制作工艺的不断发展,系统的光束扫描质量将会逐渐提高并且色散特性和传输特性将会获得改善,为今后这种光学相控阵系统的设计提供了理论基础和技术依据。     

基于虚拟仪器平台的新型分布式光纤传感系统

提出一种可用于探测并定位微弱振动的基于LABVIEW平台的相位敏感光时域反射型(Φ-OTDR)分布式光纤传感系统。该系统中,窄线宽(3.6kHz)、低频率漂移(1MHz/min)的光纤激光器输出的连续光经电光调制器调制成脉冲光,经环行器后从传感光纤的一端输入,并在环形器的另一端通过光电探测器检测传感光纤中的后向瑞利散射光,探测器接收到的信号经过放大后采集到上位机中,使用LABVIEW进行数据处理。当在传感光缆表面或附近有压力或振动导致光纤中瑞利散射光相位发生变化时,由于干涉作用,光相位变化将引起光强度的变化,经过适当的数据处理后可得到压力或振动点的位置。这种传感系统可应用于周界安防、石油管道安全监测、大型结构监测等。     

光学电压互感器晶体双折射误差的分析与抑制

锗酸铋(BGO)晶体的双折射误差极大地制约着准互易反射式光学电压互感器(OVS)的精度。根据各光学元器件的参数,建立了各器件的琼斯矩阵以及光路系统的数学模型。在此模型基础上,仿真计算了晶体双折射误差对系统性能的影响;提出了晶体应力双折射对系统输出偏置的影响可以通过滤波算法进行抑制的方法,并设计了一个高通滤波器对数字输出进行抑制。实验结果表明,加入高通滤波器不改变光学电压互感器静态特性,抑制了晶体双折射引起的输出漂移,提高了互感器的测量精度。     

用于光纤陀螺油井测斜仪的光源温控系统设计

提出了一种基于DSP的数字化光源温控方案,以适应光纤陀螺油井测斜仪的井下高温工作.方案采用32位TMS320F2812芯片作为控制核心,以脉宽调制(PWM)方式驱动全桥电路.通过分析半导体制冷器TEC的温度动态特性,建立了与之对应的数学模型,设计了PID数字补偿控制算法,实现了数字化的光源温度控制系统.实验结果表明:该温控系统在90℃外界环境温度下,控温精度可以达到±0.03℃,解决了光纤陀螺油井测斜仪的井下高温适应性难题.