一种基于FSI和MZI并联组合的光纤温度传感器北大核心CSCD

基于并联的干涉型滤波器的游标效应,设计了一种基于光纤萨格纳克干涉仪(fiber Sagnac interferometer,FSI)和马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)并联组成的光纤温度传感器。FSI由一个3 dB的四端口耦合器和一段6.6 m的保偏光纤(polarization maintaining optical fiber,PMF)组成,因其具有较高的灵敏度以及较好的稳定性,将其作为传感腔。MZI作为参考腔由两个3 dB的三端口耦合器自制组成,通过控制MZI两臂的长度,使这两个干涉仪的自由光谱范围(free spectral range,FSR)相接近但不相等,利用游标效应来提高该结构的温度灵敏度,然后通过改变温度来测量单个FSI与并联FSI、MZI这两种结构的波长漂移情况,从而探究温度灵敏度的放大情况。实验结果表明,单个FSI的温度灵敏度仅为-1.65 nm/℃,并联系统可以将其放大到12.9 nm/℃,增益系数为7.82,与理论结果相符,表明在相同温度下,并联结构能够明显提高温度传感器的灵敏度。该传感器能在较小的温度变化时呈现明显的波长漂移,适用于生物和工业领域的温度精细检测。     

基于Vernier效应的光纤温度传感特性研究

近年来研究者借鉴游标卡尺和气压计中的游标(V ernier)结构,在多波长光纤激光传感器中使用双 干涉仪级联的方式产生Vernier效应,用来提升传感器的灵敏度。本文通过仿真与实验测试 ,对光纤Sagnac 干涉仪(FSI)和光纤法布里-佩罗干涉仪(FFPI)级联产生的Vernier效应进行了研究,设计 了两种不同结构 的温度传感器,研究了级联结构对传感器温度灵敏度的影响并进行了实验测试。结果表明, 温度灵敏度从 －1.7 nm/℃(FSI温度传感灵敏度)和0.008 nm/℃(FPI温度传感灵 敏度)分别提高到10.28 nm/℃和10.64 nm/℃ , 基于Vernier效应,温度传感器的灵敏度提升超过6倍,实验结果与理论分析基本一致(10.82 nm/℃)。     

基于游标效应的FBG阵列灵敏度增强研究

为了提高光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的温度和应变灵敏度,我们提出了一种基于游标效应的FBG阵列光纤传感器。该传感器由Lyot干涉仪(Lyot interferometer,LI)和FBG阵列级联而成,LI作为游标效应的参考干涉仪,具有相同反射率和波长间隔的FBG阵列作为游标效应的传感部分。游标效应是由LI的FSR(Free spectral range,FSR)和FBG阵列的等波长间隔之间的微小差异引起的。LI由两个起偏器和一段熊猫型保偏光纤(Polarization-maintaining fiber,PMF)组成。我们通过仿真证明了LI和FBG阵列之间产生了游标效应。通过实验研究了不同保偏光纤长度情况下传感器的温度和应变响应,在LI的FSR为1.76 nm的情况下,该传感器的温度灵敏度为-241.60 pm/ ℃,应变灵敏度为-13.42 pm/ ℃。该混合级联结构最突出的优点是通过改变LI的FSR或是FBG阵列的波长间隔就可以轻易改变FBG传感器的温度灵敏度和应变灵敏度,具有较强的灵活性。该传感器为提高FBG传感能力提供了一个新思路。     

基于级联腔法布里-珀罗干涉仪的温度和压力同时测量

提出了一种基于级联法布里-珀罗干涉仪(CFPI)的光纤传感器,用于同时测量温度和压力.该传感器由单模光纤(SMF)、空心光纤(HCF)和双孔光纤(DHF)依次熔接在一起而构成.其中,HCF构成空气腔法布里-珀罗干涉仪(FPI),DHF构成石英腔FPI,两个FPI级联形成混合腔FPI.空气腔FPI通过DHF的空气孔与外部环境连通,实现对气压的高灵敏度传感;石英腔FPI利用二氧化硅的热光效应和热膨胀效应,实现对温度的高灵敏度传感.在0.1～0.6 MPa气压范围,60～260℃温度范围,实现的空气腔FPI的气压和温度灵敏度分别为4 nm/MPa和1 pm/℃,混合腔FPI的气压和温度灵敏度分别为0.5 nm/MPa和9 pm/℃.空气腔FPI和混合腔FPI对温度和气压的灵敏度不同,实现了温度和气压的双参数测量,同时该传感结构制造工艺简单,集成度高,灵敏度高.     

基于虚拟游标效应的夹层多模光纤马赫-曾德尔干涉仪高灵敏温度传感器

提出一种基于夹层多模光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）与虚拟游标效应结合的高灵敏度温度传感器，进行了理论分析和实验验证。该光纤MZI是通过在两段1 mm长的阶跃型多模光纤之间拼接一段20 mm的渐变多模光纤制成，夹层多模光纤MZI作为游标效应的传感干涉仪，利用信号处理对该光纤MZI的干涉光谱进行变频得到参考干涉仪光谱，通过叠加传感干涉仪和参考干涉仪的波形实现虚拟游标光谱。实验结果表明，在40～100℃温度范围内，该传感系统的温度灵敏度为3.884 nm/℃，与单个夹层多模光纤MZI相比，灵敏度提高了37.346倍。与传统的光纤游标传感器相比，所提出的虚拟游标夹层多模光纤温度传感器具有灵敏度极高、尺寸紧凑、制作简单、成本低、结果更可靠等优点。     

基于游标效应的高灵敏光纤温度和应变传感器

提出一种基于光纤Sagnac干涉仪(FSI)和偏振模干涉仪(PMI)级联结构的高灵敏光纤温度和应变传感器。FSI作为参考干涉仪,是将对温度、应变、弯曲及扭转不敏感的椭圆芯保偏光纤(ECPMF)引入到Sagnac环内制得的。PMI作为传感干涉仪,是对光纤起偏器与末端端面镀金的熊猫型保偏光纤(PMF)的快轴/慢轴以45°角进行熔接制得的。参考干涉仪的自由光谱区(FSR)易被调整为接近传感干涉仪的FSR,从而产生光学游标效应,实现灵敏度放大。实验结果表明:所设计的级联传感器的温度灵敏度达15.56 nm/℃,是单个PMI的11.12倍;应变灵敏度达154.04 pm/με,是单个PMI的11.81倍。所设计的传感器具有灵敏度高、制作简单、稳定性好等优点,在航空航天、工业生产等领域中具有广阔的应用前景。     

级联FPI-MZI复合干涉光纤传感器双参数特性研究

为了实现工业生产过程中温度和溶液质量分数的同时测量和传感检测, 提出了一种由法布里-珀罗干涉仪(FPI)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)级联干涉结构构成的双参数传感器。该传感器由融合在一起的单模光纤(SMF)和空芯光纤(HCF)组成。采用同时测量FPI反射光谱和MZI透射光谱的特征波长位移的方法, 获得了FPI和MZI对温度和折射率的灵敏度差, 建立了传感器温度-质量分数灵敏度矩阵, 实现了传感器双参数的测量。结果表明, 在40℃~150℃的温度范围内, FPI的温度敏感度为10pm/℃, 而MZI的对温度不敏感; 在质量分数0.05~0.40的范围内, FPI对折射率不敏感, 而MZI质量分数灵敏度是232.3nm/RIU; 该传感器可以实现温度与溶液质量分数的同时测量。该研究为石油、化工、电力、钢铁、机械等加工行业中双参数的动态测量提供了参考。     

一种全光纤拼接结构的MZI液位温度传感器

本文设计并制作了一种基于光纤马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)的光纤液位温度传感器。该结构是由熔接在单模光纤(single-mode fibers, SMFs)之间的一段无芯光纤(no-core fiber, NCF)和一段多模光纤(multi-mode fiber, MMF)拼接而成。由于周围环境液位和温度的变化会导致干涉仪传输光模式改变,进而引起干涉光谱条纹移动。通过检测干涉光谱的两个谷值波长的漂移情况,便可获得液位和温度响应的灵敏度,利用灵敏度系数矩阵可实现对液位和温度的同时测量。研究表明,当液位升高时,干涉光谱发生红移;在0—36 mm液位变化范围内,其最大液位响应灵敏度为208.38pm/mm。当温度升高时,干涉光谱依然保持红移现象;在30—70℃温度变化范围内,其最大温度响应灵敏度为29.67 pm/℃。该传感器结构具有灵敏度高、测量范围大、制造简单、成本低以及液位温度同时测量等优点,在传感领域具有应用潜力。     

全光纤粗锥MZ级联PCF-FP结构双参数特性研究

为了在测量NaCl溶液浓度的同时实现对温度的监测,提出了一种基于马赫-曾德干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）级联法布里-珀罗干涉仪（Fabry-Perot Interferometer,FPI）的干涉型传感器。在单模光纤上通过熔融放电制作出一对腰锥直径155 m、间隔1.5 cm的MZI,其对比度为10 dB、周期29.85 nm;在MZI尾纤的一端与光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber,PCF）相对熔接并在距熔接点176 m处将PCF切平,形成对比度为8 dB、周期为5.71 nm的FPI。实验选取1 535~1 555 nm波段MZI和FPI的干涉波谷特征波长,在0~150℃的温度和0%~24%的NaCl溶液浓度变化范围内测得MZI的温度和折射率灵敏度分别为50 pm/℃和9.97 nm/RIU,线性度均大于0.97;而FPI的波谷特征波长对折射率不敏感,温度灵敏度约为8.3 pm/℃,线性度为0.98。最后,通过构建温度-浓度函数关系矩阵得出了对温度和NaCl溶液浓度的灵敏度矩阵。该干涉型传感器对温度和NaCl溶液浓度表现出良好的灵敏度和线性度,可实现上述双参数的同时测量。     

萨格纳克干涉仪级联的高灵敏度温度传感器

设计了一种由两个萨格纳克干涉仪（SI）级联组成的光纤温度传感器,并用实验证明了传感器在游标效应下的温度灵敏度放大特性。该传感器由两段不同长度的熊猫保偏光纤构成两个SI,然后两个SI旋转一个角度级联在一起组成一个温度传感装置,其中SI₁用着温度传感,SI₂用着参考。由于两个SI具有相近的自由光谱范围,级联时它们干涉谱叠加形成一个自由光谱范围很大的低频包络线。利用包络线漂移来考察温度变化,能够获得放大的灵敏度。实验结果显示级联后传感器的温度灵敏度为11.03 nm/℃,而单个SI₁单独测量温度的灵敏度为-1.01 nm/℃。因此利用游标效应后,灵敏度增加了10.9倍,而且实验测量结果与理论计算结果基本吻合。     

玻璃板条激光器温升的测量—非均匀发热模型的验证

提出了用马赫-陈德尔干涉仪和端面干涉仪的组合测量板条激光器中工作物质温度分布的原理和方法,实验验证了激光介质内部非均匀发热的理论模型。     

电子散斑干涉术（ESPI）在激光加热实验中的应用

本文叙述了在激光加热实验中应用电子散斑干涉术进行测量的方法。给出了用千瓦级连续波二氧化碳激光加热铝合金板时产生的热变形的测量结果。对激光加热实验中可能发生的影响测量结果的因素进行了讨论．     

一种新的光码分多址技术

提出了一种新的、实现光ＣＤＭＡ的方案。它采用平衡发射和接收技术同时使用Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉链来进行地址编码。该ＣＤＭＡ系统接近波分复用的性能,但是也面临一些有待解决的问题,例如多用户时的谱干扰,散弹噪声等。而本系统可以在非相干调制光系统中得到地址码的真正正交,从而改善系统的性能。     

马赫-曾德干涉型波分复用器的容差分析

通过耦合模理论分析了马赫-曾德干涉(MZI)型波分复用器各结构参数工艺误差对器件串扰的影响,比较了各结构参数的工艺容差性。结果表明,如果串扰要求在-30 dB以下,则波导臂长差的容差性为1％,耦合长度的容差性为2％,波导宽度的容差性较好;容差达到0．6μm时,串扰仍然在-58dB;波导间距对工艺精度要求最高,要求误差小于0．03μm。     

基于时频干涉仪的联合时频-到达角估计

传统电子对抗的测频、测向是独立完成的,即先由测频接收机测得信号频率,且由测向天线采用如相位干涉仪方法完成测向。相位干涉仪测向是针对单个脉冲信号的,对于多信号没有分辨能力,对于线性调频等时变频率信号也不能直接应用。本文提出了一种时频干涉仪联合时频一到达角(DOA)估计算法。通过对接收机输出信号作XWVD,提取XWVD的时频脊线,并测量时频脊点上的相位来实现信号频率、DOA的联合估计。该算法可实现对多信号的分辨;也可直接应用于线性调频信号的到达角估计。     

聚合物波导马赫-曾德折射率传感器的设计和制备

以聚合物ZPU44和ZPU46作为波导包层和芯层材料,设计并制备了基于Mach-Zehnder干涉仪(MZI)的集成折射率传感器。设计并优化了波导截面参数、弯曲半径和传感窗长度等结构参数,分析了其折射率传感特性,进而采用光刻、反应离子刻蚀(RIE)等传统的微加工工艺制备了聚合物MZI折射率传感芯片。测试结果表明,制备的聚合物MZI传感器在1.33~1.44的折射率变化范围内具有较好的线性度,折射率灵敏度约为88dBm/RIU,与设计基本符合。本文的聚合物折射率传感器传感窗长度小,容易实现阵列化,在生化传感领域有很好的应用前景。     

顶部平坦化32通道AWG的设计与研制

根据优化输入端多模干涉器(MMI)结构设计,研制出32通道50 GHz通道间隔、顶部平坦化的阵列波导光栅(AWG)器件。该器件的采用6μm×6μm折射率差为0.75%的Si基SiO2埋型波导结构,阵列波导数为130,罗兰圆半径为9 419.72μm,相邻阵列波导长度差为128.42μm。测试结果表明:AWG器件插入损耗(IS)为-5~-8.5 dB,串扰>-25 dB,3 dB带宽>0.25 nm。     

基于SOA的两种干涉仪结构性能分析

对基于半导体光放大器的萨格奈克型(Sagnac)和马赫曾德型(MZ)两种干涉仪结构的性能进行了分析比较.首先讨论了干涉仪在对数据进行逻辑操作时出现的光能量泄漏问题,并给出了试验结果.随后对数据帧宽度、数据流占空比和光纤环长的关系进行了详细分析.     

Photonic generation of ultrawideband signals using a delay interferometer

We demonstrate a novel scheme to generate ultrawideband (UWB) monocycle and doublet pulses byinputting a dark return-to-zero (RZ) signal into a delay interferometer (DI), which accords with the general features in future applied UWB system, namely, single optical source input, simple configuration and passive device. The two polarized interferential beams have a time delay and a phase difference when they propagate through the DI. By adjusting polarization controllers (PCs), the total phase difference, i.e., the sum of the relative opticalphase difference between two orthogonally polarized components caused by PCs and the optical-phase shift due to birefringence of the polarization-maintaining fiber (PMF), the orientation angle of the polarization beamsplitter (PBS) relative to the two axes of the PMF are able to be changed and controlled. When the appropriate conditions are met, UWB monocycle and doublet pulses are generated conveniently.