飞秒激光耐高温光纤光栅传感器的制备

针对传统光纤光栅传感器由于折射率调制量导致温度稳定性差的缺点,利用了飞秒激光诱导折射率变化的机理制备了一种耐高温的光纤光栅温度传感器. 首先采用800 nm飞秒激光结合相位掩膜板法在标准通信光纤上写制了光纤布拉格光栅传感器,然后通过高温退火实验对该传感器在900 ℃下的温度稳定性进行了测量,最后采用线性拟合的方法得到了传感器的温度灵敏度系数. 实验结果表明,该传感器在900 ℃下具有较好的温度稳定性,在温度为100 ℃到900 ℃范围内温度灵敏度系数达到1.27×10-11 m/℃.     

飞秒激光制备亚波长周期光栅及其光学特性

使用中心波长800 nm、重复频率1 k Hz的飞秒激光,在金属钨表面斜入射下制备了亚波长周期光栅结构,在入射角为0°~80°时,光栅结构的周期为349~620 nm.利用表面等离子体激元的理论分析了在钨表面制备光栅结构的过程,实验结果与理论符合较好.利用严格耦合波分析方法计算了实验中得到的光栅结构的反射光谱,其吸收增强波长大小与光栅结构周期相近.研究结果表明:利用飞秒激光可以在金属表面直接诱导周期可控的光栅结构,此光栅结构具有一定的应用前景.     

利用相位光栅的衍射检测啁啾飞秒激光脉冲

分析了一种0ˉπ相位光栅在啁啾飞秒激光脉冲照射下的菲涅耳衍射.通过选择相位光栅的结构,可以使衍射光的±1级分量最大.提取±1级衍射分量,并通过两反射镜将这束光在远处干涉.当飞秒激光脉冲的宽度一定时干涉条纹的强度与飞秒激光脉冲的啁啾系数有关.通过检测干涉条纹的强度,可以间接测量飞秒激光脉冲的啁啾系数.     

基于飞秒激光的光纤长度测试方法

准确的光纤长度测量在所有光纤通信及光纤传感系统中是重要的技术问题。基于双色双频空间距离测量法,采用光纤飞秒激光器,设计了全光纤耦合飞秒光纤长度测量装置,采用1 GHz的重复频率谐波进行精确测量,测量范围可达50 km,分辨率约为10 cm,且这个分辨率不会随着光纤长度而变化,可以很好地解决传统方法中折射率精确性导致的测量缺陷。     

Bragg光纤光栅编/解码器

介绍光纤光栅的光学特性，以及基于Bragg光纤光栅编／解码器的编／解码原理，对不同FBG编／解码器的结构和特点进行了分析比较，探讨了光编／解码器的发展前景。     

飞秒脉冲的激光损伤及微加工

飞秒激光脉冲是对光学物质进行各种处理的最有效的工具。飞秒激光脉冲与光学物质的相互作用具有较低的激光损伤阈值、有限的热作用范围和高的加工精度等优点。章讨论了超短脉冲激光导致物质损伤和消融的物理机理，对短脉冲和长脉冲的消融机理进行了对比，介绍了飞秒脉冲产生的啁啾脉冲放大(CPA)技术；飞秒脉冲激光在逐位式光数据存储、对光学物质进行报加工和制作光子元件(如波导等)的应用实验。总结了对飞秒脉冲激光在光学物质相互作用中的应用前景。     

利用光谱法测量飞秒激光脉冲宽度研究

基于光谱法对飞秒激光振荡器的脉冲宽度进行了测量,并与自相关仪的测量进行对比。研究结果表明光谱法与自相关仪测量的脉冲宽度值相吻合,建立一种实验室内飞秒激光脉冲宽度的测量方法。     

光纤光栅的滤波特性分析

本文以耦合模理论为基础，研究了光纤光栅的滤波特性，导出了反射率、透射率的理论表达式，讨论了光栅参数对其滤波特性的影响。     

基于飞秒激光FBG三维微结构的加工及其温度传感特性

设计了一种新型微结构光纤光栅温度传感器。利用飞秒激光在光纤光栅(FBG)包层部分加工微结构,在含微结构的包层部分镀温度敏感膜,并通过实验对传感器的灵敏度等特性进行了测试。结果表明,传感器具有较好的线性度和可重复性,双螺纹微结构的光纤光栅的温度灵敏度可达30pm/℃,是传统光纤光栅灵敏度的3~4倍,有利于扩展其工程应用范围。     

长周期光纤光栅高温传感特性

为使温度传感应用范围更广、价值更大,分析了影响长周期光纤光栅温度特性的各种因素,用三束高频聚焦CO₂激光脉冲对称写入法制备长周期光纤光栅,并对温度特性进行了实验研究.结果表明,在23～700℃变化范围内,谐振波长温度灵敏度随温度升高而增强,高温处温度灵敏度比低温处增强了约72%,而平均温度灵敏度约为0.11nm/℃;峰值损耗对温度变化不敏感,在23～450℃范围内起伏不超过15dB,具有良好的高温稳定性和可重复性.基于这一良好的温度特性,此种长周期光纤光栅可以制成温度传感器,在高温传感领域有着较大的应用价值.     

利用飞秒激光双光子聚合法制作达曼光栅

使用中心波长为800nm的飞秒激光振荡器,通过研究双光子聚合工艺,得出降低加工功率、曝光时间以及提高加工速度,有利于空间分辨率的提高.在上述研究结果的基础上制作了一个1×7点阵的达曼光栅,制作结果表明双光子聚合技术在制作微光学元件方面有着非常好的应用前景.     

可调激光边沿滤波解调光纤光栅实时应变测量

提出了利用波长可调谐激光器对光纤光栅进行边沿滤波解调的新方法，该方法可实现多个测点动态应变的实时监测。实验将多个“贴片式”光纤Bragg光栅应变传感器固定在武汉长江二桥箱形梁的选定点上，这些应变传感器通过光缆串联并接回监控室，在监控室内使用可调谐半导体激光器做光源，利用边沿滤波解调原理，对多个测点的动态应变进行实时测量，得到这些测点的动态应变波形，取得了很好的实验结果。该解调方法适合于进行多点的实时应变测量，克服了边沿滤波解调只能进行单点测量的缺点。     

一种新型光纤光栅倾角传感器的研制

光纤光栅倾角传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、化学性能稳定、传输损耗小等优点,但现有的光纤光栅倾角传感器的测量分辨率低、寿命低、体积大等缺点,限制了其在土木工程监测中的广泛应用。基于此思路,提出了一种新型的光纤光栅倾角传感器,该传感器主要由应变梁、摆锤、光纤布拉格光栅组成,两根光栅对称地贴于应变梁的两侧,由于摆锤的转动迫使应变梁发生弯曲变形,使一侧的光栅受拉,另一侧的光栅受压,这样便可以通过测量由光纤光栅反射回的光的波长变化来计算倾角的改变。实验证明此传感器不受温度影响,且具有较高的分辨率,可较好地应用于工程结构的变形检测。     

一种光纤光栅气压调谐方法

为了便于对光纤光栅的布喇格波长进行调谐,设计了一种光纤光栅气压调谐方法.通过改变密封气体的压力改变光栅的应变,从而调谐光栅的布喇格波长.推导了调谐所用公式,布喇格波长漂移与调谐量近似成线性关系.实验获得了5.4 nm的调谐范围,实验结果和理论符合很好,线性拟合度分别为0.998 2和0.998 9.     

新型光纤Bragg光栅振动传感技术

介绍了振动测试技术的发展现状，针对存在的问题，结合光纤Bragg光栅传感系统的优点，提出了一种新型的光纤Bragg光栅振动传感系统，并进行了相关的实验研究。     

相移光纤光栅横向受力传感特性研究

对相移光纤光栅(PS-FBG)的横向受力特性进行了理论和实验研究.采用传输矩阵法分析了PS-FBG的传输特性,并建立了光栅横向受力数学模型.理论分析表明,光栅透射谱阻带中的透射窗口在横向受力时会产生光谱分裂,且分裂距离与所受横向压力的大小成正比关系.实验在0~1 N的横向压力条件下,获得了1.4×10-3N/mm的灵敏度,实验结果与理论模拟相符.     

光纤布拉格光栅的横向效应研究

光纤布拉格光栅FBG测量应变是基于光纤轴线方向的应变响应，但在复杂应力状态下，当应变主方向与光纤轴向有一定角度时，光纤的应变响应就存在误差。采用电阻应变片横向效应系数的测量装置，得到单向应变场，验证了光栅横向应变效应的存在。光纤光栅的横向效应系数比应变片的横向效应系数要小，在某些情况下可以忽略，但是在复杂应力状态下，必须考虑其横向效应的影响。     

裸光纤光栅及其封装后的低温特性

设计了一种基于不锈钢管的小尺寸光纤光栅（FBG）温度传感器：推导了裸FBG以及不锈钢管封装的FBG温度传感器的温度敏感因素并进行了实验验证；实验研究了-70～0℃之间的裸FBG和其封装后FBG温度传感器中心波长的低温变化特性。比较了相同条件下裸光纤光栅（FBG）和不锈钢管封装的FBG温度传感器的实验结果。分析了-60℃和0℃时FBG温度传感器透射光谱图同时对波长与温度的关系曲线进行了线性拟合并得到它们在线性变化区间的温度灵敏系数KT分别为10．1pm／℃和21．3pm／℃.