保偏光纤模式耦合分析及其相干检测

当保偏光纤存在结构不均匀或者受到外部扰动时,将使其内部传输的一部分偏振光耦合到与其正交的偏振态上去。分析了保偏光纤内偏振光模式耦合的原理,给出了基于白光干涉法的偏振模式耦合检测方法,并用迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振模式耦合的耦合强度和耦合点发生的空间位置进行了测试。通过步进电机控制迈克尔逊干涉仪扫描臂的反射镜移动,改变干涉仪两臂之间的光程差,来补偿由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤出射时的光程差,实现了对偏振耦合的测量。为提高检测系统的灵敏度,需提高输出信号的信噪比,对光源发出的光进行高频调制,通过频谱搬移和相干解调,有效地抑制了各种干扰和噪声,使输出信号的峰值信噪比提高了5.1 dB,耦合强度测试最小值也由-57.6 dB提高到-62.7 dB,增强了测试系统检测微弱偏振耦合的能力。     

双折射波导偏振耦合的短相干干涉测量

保偏光纤内部具有的高双折射,使其在内部传播的主模和耦合模之间存在一定的光程差。研究了高双折射波导中连续偏振耦合分布和分立点耦合的白光干涉测量法,推导出一种简明使用的公式,求出双折射波导的保偏参数,并且根据调制解调相关原理精确测量耦合点的强度和位置。实验测量了国产类矩形保偏光纤以及光纤偏振器。该方法最突出的优点是采用非破坏性方法测出保偏波导的每个局部的保偏参数,可用于检测集成波导器件和保偏光纤的质量、双折射波导之间的主轴对准、分布式光纤应变传感器等领域,并且可作为保偏光纤生产和使用的一种有效检测方法,大大提高集成波导器件及相关传感器的性能。     

数字化扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

首先简要介绍了保偏光纤及其主要参数:模式耦合系数、拍长、偏振消光比和偏振串音等,并给出这些参数的定义和表达式;评价保偏光纤性能的拍长、模式耦合系数、偏振串音等参数也都与偏振耦合相关.讨论了偏振耦合测试技术,对成功应用于保偏光纤测试的波长扫描干涉法等七种方法作了比较.采用"白光"Michelson技术实现了光纤的寄生偏振耦合点空间分布位置测试仪,以该仪器完成了保偏光纤环扫描;偏振无源光器件测试;保偏光纤对轴;保偏光纤拍长测试;分布式(应力、位置、温度)传感;保偏光纤双折射色散测试等.并以保偏光纤环扫描为例给出实验结果,证明了仪器设计理论和实验结果的相符合性.     

偏振耦合测试及其振动干扰信号分析

理论分析了偏振模式耦合的原理,给出了基于白光干涉的偏振耦合检测方法。通过步进电机控制迈克耳孙干涉仪扫描臂的反射镜移动,改变干涉仪两臂之间的光程差(OPD),补偿了由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤(PMF)出射时的光程差,实现了对保偏光纤的偏振耦合强度和位置的测试。扫描过程中扫描臂反射镜的振动会对输出信号产生不良影响,对此振动信号进行了仿真及实验研究,分析了它对输出信号的影响。在不同的扫描速度下,采用Hilbert变换和最小二乘高斯非线性回归分析提取白光干涉包络,求解耦合强度,验证了振动信号的幅度和频率与扫描速度有关,以及它对耦合强度检测精度的影响。结果表明该测试系统动镜的扫描速度在0.7～0.9mm/s时,偏振耦合强度的检测误差最小。     

光子晶体光纤环偏振耦合强度温度特性实验研究

以光子晶体光纤环为研究对象,利用白光干涉仪测试了不同温度下保偏光子晶体光纤环和普通保偏光纤环内部的偏振交叉耦合强度分布,分析了光纤环中固定耦合点不同温度下的偏振耦合强度变化。结果表明,在-40℃~50℃的温度条件下,保偏光子晶体光纤环偏振耦合强度最大变化率为0.97%;普通保偏光纤环偏振耦合强度的变化率为4.71%,约为保偏光子晶体光纤环的5倍。实验研究证明,光子晶体光纤环的偏振交叉耦合强度温度稳定性高于普通保偏光纤环的偏振交叉耦合强度的温度稳定性。     

白光扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

采用白光扫描干涉法,利用Michelson干涉仪中移动臂的移动补偿保偏光纤中产生的光程差,从而实现对保偏光纤绕组中偏振耦合点的耦合强度及空间位置分布的有效检测。分析了白光干涉仪的原理、结构以及干涉条纹特点,进行了保偏光纤环的扫描测量。结果表明,第一个保偏光纤环的质量优于其他各环,证明了仪器设计理论和实验结果相符。     

保偏光纤偏振耦合应力传感器的研究

作用在保偏光纤上的横向应力可以引起偏振耦合现象,通过测量耦合强度可以检测应力的位置和大小,实现应力传感.设计了应力施加装置,包括底座、手动微位移台、数显测力计、施力探头、旋转台、光纤夹持机构和受力支架.在1根直径125μm,拍长2.1 mm的保偏光纤上进行了应力大小和作用长度对偏振耦合强度影响的实验研究.结果表明作用长度为拍长一半的奇数倍时,耦合强度最大.在部分区域耦合强度和应力大小成线性关系,可应用于应力传感器中.     

基于OCDP的保偏光纤偏振模式耦合仿真及实验

光相干域偏振检测技术广泛应用于保偏光纤中的偏振模式耦合测量和分析。针对保偏光纤中的多点偏振耦合情况,传统的分析方法主要有光路逐点分析和光谱相干矩阵分析,这些方法计算量大且不利于计算机实现。从光波传播特点及宽谱干涉特点出发,研究了保偏光纤中多点偏振耦合的仿真技术和方法,并编写了专用程序进行仿真。利用扫描迈克尔逊实现了多偏振模式耦合的测量,仿真数据与实验吻合。研究表明：通过上述方法能简便、准确地生成多耦合点干涉条纹。从而为保偏光纤中多点偏振模式耦合干涉的测量和分析提供了重要的工具。     

光源谱型对保偏光纤应力传感信号的影响

保偏光纤对入射的线偏振光具有偏振保持能力,用白光干涉系统可实现准分布式应力、温度和位置传感。超辐射发光二极管(SLD)当驱动电流较小时,光谱服从高斯分布;随着驱动电流增加,中心波长向短波方向漂移,光谱畸变,可用两个高斯函数相加拟合。本文详细分析了SLD光源在不同驱动电流下的谱型分布及拟合曲线,并在保偏光纤应力传感系统中进行了实验,实验结果表明随着光源输出功率增加,在耦合点两侧对称分布着伪耦合点。当光源功率为15 mW时,伪耦合点的耦合强度比力致耦合点的耦合强度约小15 dB。     

基于偏振模干涉的光纤光栅动态应变解调系统

基于保偏光纤中正交偏振模干涉,提出了一种简单、新颖的光纤光栅动态应变解调系统,并且通过实验证实了该方案的可行性。该解调系统光学核心部分仅由一段带有反射镜的高双折射光纤和一个光纤起偏器构成。实验中动态应变解调分辨率达到了 ,频率范围为0.1Hz~7.9kHz微纳振动幅度信号获得了保真拾取。实验表明,该系统适合宽频率范围、微纳幅度的动态应变检测,为光纤光栅传感提供了一种简单、经济、适用范围更广的解调方案。     

高速度高精度光纤布拉格光栅解调的寻峰算法研究

为实现高速度、高精度的光纤光栅传感解调,提出了一种基于状态机的自适应半峰检测寻峰算法。算法通过对FBG反射波形的实时跟踪确定波形数据,通过对波形数据的统计分析得到寻峰阈值,通过校验与补偿精确得到峰值位置。实验测试表明,对于2kHz的解调速度,解调分辨率达到1pm,静态噪声在±2pm以内,长时间测试的稳定性误差在2pm以内,系统动态范围在0～-30db,光功率衰减导致的稳定性误差在4pm以内。这表明,本算法从速度、精度、抗干扰性、稳定性等方面都能够满足高速解调的需要。     

"1"字型保偏光纤的结构设计及其制备

保偏光纤是利用高双折射光纤的特性,使两个偏振模在传输过程中不易耦合,维持偏振态的稳定.目前一般通过应力致偏的方法使光纤纤芯内产生高的双折射,这种高双折射主要是由于光纤内不同材料的线膨胀系数差产生的内应力而形成,其机理满足应力-光弹效应,因而对应力致偏型高双折射保偏光纤的结构设计提出较高的要求.对新型"1"字型细径保偏光纤的结构设计及工艺制备方法进行了详细阐述.     

Digital Synthetic-heterodyne Interferometric Demodulation Based on Embedded System

Optical fiber acceleration seismometer as an important instrument can offer high sensitivity, anti-jamming and non-touched advantage which has an extensive application field. Its signal processing ability will decide whole system＇s performance to some extent because it will affect directly the factors such as resolving power, precision and dynamic range. The signal processing is usually realized by analog circuits which was more inferior in stability, flexibility and anti-jamming to digital processing system. A digital processing system of optical fiber acceleration seismometer has been designed based on the embedded system design scheme. Synthetic-heterodyne demodulation has been studied, and signal processing has been realized. The double processors of ARM and DSP are employed to implement respectively the system control and signal processing, and to provide the output interfaces such as LCD, DAC and Ethernet interface. This system can vary with the measured signal in real time and linearly, and its work frequency bandwidth is between 10 Hz and 1 kHz. The system has better anti-jamming ability and can work normally when the SNR is 40 dB.     

一种基于CORDIC算法的高速高精度数字鉴相器

提出了一种基于CORDIC算法的高速、高精度数字鉴相器。该数字鉴相器根据正交解调原理测相,采用高速全流水线结构在FPGA上实现,利用CORDIC算法实现了数字下变频(DDC)和相角的计算。本方法不需要正交本振信号与参考信号严格同步,并且允许输入信号的频率与DDC的NCO频率存在一定频偏,便于工程实现。经时序仿真验证,系统工作时钟可达100 MHz,在30 dB的信噪比条件下,测相误差小于0.004 rad,样本标准差小于0.03 rad。     

边缘检测技术在分布式光纤传感中的应用

提出了采用双边缘技术测量光纤传感中的布里渊频移。利用边上信号对频率变化敏感的特点，提出了边缘检测技术，并通过设置最佳的工作点，使系统工作在最敏感的点上。理论分析表明，为实现0．5MHz的布里渊频移测量精度，通过测量最大信号的常规检测所需的信噪比为65．1127dB．单边缘检测所需的信噪比为37dB，双边缘检测所需的信噪比为31dB。所以，在相同信噪比下，与常规检测技术相比，边缘检测技术可以大大提高布里渊频移测量精度。     

基于可调谐激光器的光纤光栅高速解调的时延误差补偿方法

基于可调谐激光器的光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调仪用于FBG传感器的远距离、高速测量时,光传输时延会导致显著的波长解调误差。本文设计了一种补偿光传输时延导致的FBG解调误差的方法,可调谐激光器在工作光频率范围内进行高线性度的正向、反向扫描,利用正向、反向扫描过程中的光电探测信号的FBG反射峰差异,对光传输时延导致的波长解调误差进行补偿。试验结果表明,在50 kHz解调频率和100 m连接光纤长度条件下,将光传输时延导致的波长解调误差由2 nm降低到小于10pm。     

基于双波长解调的光纤干涉型传声器研究

提出了一种基于双波长解调的光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)干涉型传声器,采用归一化算法和微分交叉相乘处理(DCM)算法,实现了声信号的准确还原.在归一化算法中,利用椭圆拟合,实现了两路波长光信号的归一化,减小了激光器输出波动对光纤FP干涉型传声器输出特性的影响;在DCM算法中,通过信号处理及滤波,实现了声信号的准确输出,减小了温度等环境因素对光纤FP干涉型传声器输出特性的影响.在实验中,采用对比法,测试了基于双波长解调的光纤FP干涉型传声器的特性,结果显示器件实现了灵敏度为210 mV/Pa、频率响应为100～3 15 0 H z的声信号测量,能够很好地应用于语音识别、噪声测量、空气声探测等领域.     

一种三维调制信号的MUSIC解调方法

根据三维调制信号的特性,提出了一种三维调制信号的多重信号分类(MUSIC)解调方法,通过搜索接收信号的空间谱,来估计其极化辅助角与极化相位差等信息,从而恢复出基带信号。理论分析与仿真实验结果均表明,所提出的方法能够对三维极化幅度正交调制(PQAM)信号进行有效的接收,不仅具有很高的分辨率和精确度,而且在低信噪比条件下,可以获得更低的误码率和估计误差。     

FBG用于高频振动检测的实验研究

由于光纤光栅具有体积小、抗电磁干扰、抗腐蚀，易于构成光纤测量网络等性能，因而对在高频环境下材料力学性能测试拥有独特优势。为此，基于非平衡M-Z干涉仪的光纤光栅解调原理，设计了一套用于高频振动检测的光纤光栅测试系统。经实验证明该系统在10kHz频率以下有良好的频率响应。     

新型光纤Bragg光栅振动传感系统

分析并实验研究了一种基于机械感生长周期光纤光栅(MLPFG)解调的新型光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统。利用机械线加工技术(MLPT)为制作周期为600μm、长为60mm的不锈钢槽板,采用机械感生法写制了中心波长1539.820nm、谐振线性边带大于6nm的MLPFG作为滤波器。选用中心波长为1542.400nm、3dB带宽为0.3nm的FBG设计振动传感器,通过附加电磁阻尼提高了稳定性,扩大了无失真频率测量范围。实验表明,该振动传感系统具有良好的动态响应特性,响应频谱与激振信号完全吻合,频率测量范围为10～3×103kHz,并具有良好的冲击振动响应。