光纤化学传感器及其发展现状

综述了光纤化学（生化）传感器的独特优点、工作原理、仪器结构及各类光纤化学传感器（ｐＨ、ＮＨ３、ＳＯ２、ＣＯ２、Ｏ２、各种阳离子、阴离子等）的现状和发展趋势。对光纤化学传感器的有关技术问题作了详细评述。     

输出功率大于10 W的掺镱双包层微结构光纤激光器

采用F-P腔结构研究了包层泵浦掺Yb³⁺微结构光纤激光器的输出特性。在以二向色镜作为腔镜的实验中,获得了斜率效率57%,波长1 074.5 nm,输出功率为2.65 W的稳定激光输出;在由二向色镜和光纤端面构成F-P腔的实验中,获得了斜率效率87%,最大输出功率为11.69 W的激光输出。     

光纤陀螺的时变梯度场效应

光纤陀螺是一种高稳定性的绝对角度传感器,去偏陀螺的光纤传感环是由200～1000m 普通单模光纤(SMF)绕在直径为3～10cm 圆柱支架筒上。时变温度梯度场和时变应变对光纤的位相"调制"作用会引入非互易相位误差。本文给出了时变梯度场对光纤陀螺输出的影响,并给出了实验结果和光纤陀螺传感环的制作方法。     

光纤陀螺的时变梯度场效应

给出了时变梯度场对光纤陀螺输出的影响，并给出了实验结果。     

光纤传感器及其在流量测控中的应用

主要说明了光纤传感技术及在流体测量领域的应用及发展情况。概要地介绍了光纤传感器的原理和特点，当前光纤传感器在流量测控领域的应用，详细阐述了光纤涡轮流量计、光纤涡街流量计、光纤多普勒流速计、干涉型光纤流量计、光栅式光纤流量计和多相流量计的组成、原理和使用特点等。     

扭转抑制光纤陀螺法拉第效应的理论研究

光纤陀螺法拉第磁光效应作为非互易性误差源,是影响光纤陀螺性能,尤其是影响光纤陀螺精度的主要原因之一。介绍了光纤陀螺的磁敏感机理,分析了光纤陀螺径向和轴向磁敏感性误差的主要来源。提出了通过在光纤陀螺原有光纤环上熔接反向扭转光纤的方法,引入比较高的圆双折射,对原有光纤环的非互易相位差进行补偿,达到抑制光纤陀螺磁敏感性误差的目的,探讨了该方法的可行性,并对补偿特征进行了仿真分析。     

一种高灵敏度光纤流量计

叙述了一种能解决传统流量计中存在一些问题的光纤流量计，并具有灵敏度高，结构简单的持点。当保偏光纤置于外部场中时，光纤中两正交模式传播速度会发生改变，导致其相位的不同。根据这一特征，传感器能测量管道截面流体的均压。还介绍了信号处理的方法。     

锥形光纤的调制特性研究

将通信光纤的末端拉制成锥形能实现光纤之间的耦合,在锥形光纤耦合系统中,载波(被信号所调制的光波-光脉冲)在经过锥形光纤耦合后(连接与分束)其脉冲变化特性对锥形光纤通讯系统是十分重要的。在实验上检测了锥形光纤中光脉冲的调制特性,并从理论上引入脉冲归一化振幅,讨论色散和非线性效应对脉冲的影响,得出光脉冲在经过锥形光纤耦合传输后其形状保持不变的结论。     

Interference of selective higher-order modes in optical fibers

1IntroductionIn recent years,multimode interference(MMI)effectsin integrated optics have attracted enormous research atten-tion and MMI-based devices with various functionalities,in-cluding directional couplers,powersplitters,sensors,modu-lators,bistable lasers,and optical switches,have been dem-onstrated[1-4].The obvious advantages of the MMI-based de-vices are their compact size,large fabrication tolerance,andlow-cost.MMI is becoming a promising technique in opticalcommutations,optical s…     

一种倾角及温度同时测量的光纤传感器

叙述了一种用于倾斜角及温度同时测量的传感器。该传感器由光纤锥和光纤布拉格光栅构成,当传感器倾角发生改变时引起光纤锥的通光损耗改变,通过测量通光损耗的变化而测量倾角,通过测量光纤光栅的反射波长的变化而实现温度测量,此外光纤布拉格光栅还有提高倾角测量灵敏度的作用。     

利用超短FBG光谱线性区的传感解调系统

为了研究一种星载光纤光栅传感解调系统,通过高掺锗光纤载氢增敏和优化紫外曝光功率,实现了栅区长度小于0.5mm,反射率大于40%,3dB带宽大于5nm,反射谱边缘有效线性区域大于2nm的超短光纤光栅的写制。提出了一种将超短FBG作为传感器件,利用其光谱线性区进行传感解调的方法。将中心波长位于光谱线性区域的稳频激光入射到超短光纤光栅,随着超短光纤光栅光谱的漂移,反射光的功率随之变化。由于稳频激光位于线性区域,返回光功率与光谱漂移量呈线性关系,因而可实现传感测量。将该系统用于应变和温度的测量,结果表明,光功率随应变、温度变化具有较好的线性关系,线性度分别为0.997和0.999,灵敏度分别为54.59nW/με和230nW/℃。该方法可用于温度及应变的精确测量,并且具有结构简单、功耗小、测量空间分辨率高等潜在优势。     

一种对称式光纤束差压传感器结构及性能

对一种对称式光纤束差压传感器的结构及性能进行了研究。提出了一种两相同结构检测探头与桥式光路组成的对称式光纤束差压传感器,传感器探头采用机械式封装;对传感器进行理论研究,建立了强度调制数学模型,并对其进行仿真计算与分析;最后试制出实验样机,进行实验研究,实验结果表明：探头与膜片在不同设计尺寸下,传感器具有不同的量程、输出灵敏度、检测分辨率、线性度与重复性精度。研究结果表明,光纤束差压传感器具有较好的检测性能,能满足不同检测场合的需要。     

全光纤MZI型三信道波长交错滤波器的改进

为改善全光纤三信道波长交错器的输出特性,提出了一种不对称结构的三光纤臂Mach-Zehnder干涉仪(A-MZI),这种光纤干涉仪由一个一字型3×3单模光纤耦合器和一个品字型3×3单模光纤耦合器以及三条光纤干涉臂组成,其中一字型3×3单模光纤耦合器作为输入耦合器,品字型3×3单模光纤耦合器作为输出耦合器。推导了该器件的输出表达式,并进行了数值模拟。模拟结果表明,与常规的全光纤MZI型三信道波长交错器(C-MZI)相比,本文提出的交错滤波器的信道间功率旁瓣降低了约13.6dB,并且具有对器件参数偏差不敏感等优点。用光纤熔融拉锥法实验制作了该器件,实验结果与理论分析吻合得很好,实验样品的信道间功率旁瓣值-34.6dB,插入损耗1.0dB,信道隔离度30dB。     

压差式光纤Bragg光栅流量传感器

采用文丘里管式节流管和光纤Bragg光栅压强机构设计了一种压差式光纤光栅流量传感器。该传感器中将两根光纤光栅分别粘贴在两个垂直固定于圆筒壁内的等腰三角形悬臂梁中心线上,有效解决了温度与应变的交叉敏感问题,提高了测量精度。实验测试结果表明,光纤光栅流量传感器中布拉格波长漂移量与流量的函数关系为二次曲线,实验结果与理论分析值符合得较好,其相对误差为2.9%。为了进一步减小误差,应选用光纤、粘结剂及波纹膜片三者杨氏模量相近的材料。     

Numerous Applications of Fiber Optic Evanescent Wave Fourier Transform Infrared (FEW–FTIR) Spectroscopy for Surface and Subsurface Structural Analysis

A new infrared (IR) interferometric method has been developed in conjunction with low-loss, flexible optical fibers, sensors, and probes. This combination of fiber optical sensors and Fourier Transform (FT) spectrometers can be applied to many fields, including: (i) noninvasive medical diagnostics of cancer and other different diseases in vivo; (ii) minimally invasive bulk diagnostics of tissue; (iii) remote monitoring of tissue, chemical processes, and environment; (iv) surface analysis of polymers and other materials; (v) characterization of the quality of food, pharmacological products, cosmetics, paper, and other wood-related products, as well as (vi) agricultural, forensic, geological, mining, and archeological field measurements. In particular, our nondestructive, fast, compact, portable, remote, and highly sensitive diagnostics tools are very promising for subsurface analysis at the molecular level without sample preparation. For example, this technique is ideal for different types of soft porous foams, rough polymers, and rock surfaces. Such surfaces, as well as living tissue, are difficult to investigate by traditional FTIR methods. We present here FEW–FTIR spectra of polymers, banana and grapefruit peels, and living tissues detected directly at surfaces. In addition, results on the vibrational spectral analysis of normal and pathological skin tissue in the wavenumber region 850–4000cm^–1 are discussed.     

Cr:Forsterite-laser-based fiber-optic nonlinear endoscope with higher efficiencies

We demonstrate a beam-scanning nonlinear light endoscope based on a flexible fiber bundle. Excited with a femtosecond Cr:Forsterite laser, the degradation in multiphoton multiharmonic excitation efficiency due to the pulse-broadening effect is significantly reduced without utilizing any external devices. The system resolution has been characterized to be 5.4 microm in the two-photon fluorescence endoscope, limited by the sampling theory. Finally, several image examples have been given.     

扭转螺旋型力学微弯长周期光纤光栅的光谱特性

利用两个交替放置的周期性V型刻槽板对均匀扭转后的普通单模光纤径向施力制作螺旋型力学微弯长周期光纤光栅(H-MLPFG)。通过实验研究了周期压力和扭转率对该光栅传输谱特性的影响,以及其偏振相关特性。结果表明,施加在光纤的径向压力可以改变H-MLPFG的耦合强度,但不影响其谐振波长变化,LP_(13)耦合模耦合强度在波长1 549.75nm处为30.1dB。当光纤扭转率由0增大到5.38rad/cm,LP_(11)、LP_(12)和LP_(13)模对应的扭转灵敏度分别为1.59、1.82和2.24nm/(rad·cm~(-1))。光纤扭转率为0.90rad/cm时,LP_(13)包层模具有最大偏振相关损耗,在波长1 550.45nm处偏振相关损耗约为6.86dB,对应的谐振波长分离值为1.4nm。该方法制作的LPFG模式耦合强度和谐振波长具有可调谐和可重构性的优点、且结构简单,在光纤通信和传感领域具有潜在的应用价值。