模型驱动的光纤光栅波长解调系统性能分析

为了揭示波长扫描方法中影响光纤光栅波长解调性能的因素,并为该方法的进一步发展提供必要的理论依据,开展了波长解调系统建模、仿真与实验研究工作。首先,根据信号的传输路径,建立了波长解调系统模型,并对波长解调原理进行了深入分析;接着,通过仿真计算详细研究了系统中光滤波器带宽、扫描范围与扫描范围内的有效采样点数、压电位移器的迟滞性与非线性对波长分辨率、误差等的影响;最后,搭建了光纤光栅波长解调系统,并进行了实验分析。实验中,通过改变系统参数得到了与仿真分析中相同的结论,当解调频率为10 Hz时,光纤光栅波长分辨率达到0.25 pm,当解调频率为100 Hz时,光纤光栅波长分辨率达到2.5 pm,实验结果验证了系统模型的有效性。     

基于梳状滤波器的光纤光栅传感系统解调方法

针对现有光纤光栅解调系统存在的非线性和温度敏感性现状,提出并实验验证了一种基于梳状滤波器的波长解调方案。通过测试分析了梳状滤波器和可调谐Fabry-Perot滤波器的光学特性。并利用光学仿真软件Optisystem构建试验平台进行仿真计算,仿真结果和理论结果具有很好的一致性。搭建了解调实验平台,通过温度特性试验,实现了光纤光栅传感器对温度良好的线性特性。测试结果表明:系统精确度较高,测量误差小于3 pm,波长均方误差小于1.4 pm。     

双光栅匹配解调系统线性解调模型的研究

对双光栅匹配波长解调法进行深入研究,得到一种线性解调的理论模型并进行了实验验证.理论和实验研究表明,若两个解调光栅的带宽相等,则两个探测器输出电压之比的对数与被测传感光栅的中心波长成严格的线性关系;测试过程中的附加偏置电压对解调系统的性能有严重影响,系统的解调精度、灵敏度和线性范围均随偏置电压的增大而逐渐减小.另外,在此线性解调理论的基础上,提出了可调谐双光栅解调法,该方法不仅可以扩大原有系统的解调范围,而且能够用于多个光纤光栅中心波长的解调.     

便携式光纤Bragg光栅波长解调仪的研制

近年来光纤光栅在传感领域中的应用研究日益得到关注，其中光纤光栅波长解调是光纤光栅传感器得到应用推广的关键之一。针对大型建筑结构监测应用领域，研制了一种便携式光纤Bragg光栅波长解调仪。解调仪基于无源比例解调原理，以熔融拉锥器件作为线性滤波器，采用锁相放大技术提取微弱信号，并利用单片机控制光纤Bragg光栅波长信息的采集、显示以及存储。解调仪结构简单、成本低，可实现大量程波长测量。实验表明，该光纤光栅解调仪解调范围达15nm，波长测量精度为12．4pm。     

利用光纤偏振分束器和保偏光纤的传感解调系统

提出了一种利用光纤偏振分束器(PBS)和保偏光纤(PMF)中偏振模间干涉原理实现光纤布拉格光栅波长解调的方案,以提高光纤光栅传感解调系统的解调精度和稳定性。运用矩阵光学原理建立了数学分析模型,由此给出了系统输出信号与光纤光栅布拉格波长之间的关系。通过仿真分析,研究了保偏光纤长度、输入光相对于保偏光纤主轴的偏振角度和光纤偏振分束器主轴方位对系统输出信号的影响,明确提出了提高系统灵敏度的方法。根据设计方案搭建了实验系统,并进行了实验验证。结果表明:该设计方案可行,系统的波长分辨率1pm,测量精度1pm,温度可测量范围为90℃。该系统测量精度高,其稳定性优于利用M-Z型干涉仪的解调装置。     

光纤光栅压力传感器中双边缘解调技术的理论与实验研究

以1545/1555 nm的拉曼泵浦合成器（PCOM）为边缘解调器件,对光纤光栅压力传感器中双边缘解调技术的有关内容进行研究,文中对所定义的波长调制函数、波长灵敏度等物理量进行了相应的理论分析和实验测试,给出了单边缘解调与双边缘解调灵敏度曲线,得到当系统的波长解调范围为2 nm左右,压力范围为0-6 MPa时,双边缘解调的波长灵敏度是单边缘解调波长灵敏度的2-3倍的结论。     

光纤环镜在光栅传感解调系统中的应用

为实现高稳定性、高精度的波长干涉解调,研究了保偏光纤环镜在波长解调结构中的应用,设计并搭建了一种基于光纤环镜的新型光纤布拉格光栅传感器解调系统.依据传统的矩阵光学原理建立理论模型,分析采用保偏光纤环镜实现干涉解调的基本原理,研究了其结构参数对解调精度的影响并进行数值仿真验证.在理论指导的基础上,搭建光路模块,并基于LabVIEW软件设计了用于消除系统结构参数误差的测定软件与解调系统监控软件,研制电路模块,构成了完整的传感解调系统.经传感检测验证,该系统在20～90 ℃对温度的分辨率为0.03 ℃,准确度可达±0.1 ℃,实验结果与理论分析相吻合,展示了该系统具有良好的稳定性,较高的检测灵敏度和较强的适用性.     

基于双LPFG及嵌入式技术的双边缘滤波解调系统

设计并实现了一种基于双LPFG(长周期光纤光栅)及嵌入式技术的双边缘滤波光纤光栅传感解调系统.以双长周期光纤光栅作为线性滤波装置,利用反射FBG信号通过不同光谱特性的滤波器时输出不同光强的比值的对数算法对波长进行测算;系统采用C8051系列单片机作为处理核心,并逐一介绍了线性双边缘滤波原理、三MCU硬件设计架构、面向对象程序设计思想的软件设计架构和系统时序设计.试验表明系统能够实现稳定的FBG传感信号解调,解调系统所得线性拟合计算值与光谱仪所测波长值的均方差为10 pm,动态范围达4 nm,表明系统线性度好,精度较高,对于工程现场的波长校准与调试方面的应用具有很大意义.     

光纤光栅传感系统信号解调技术的研究

实现波长编码信号的解调，是光纤光栅传感系统实用化推广的关键技术之一。文中讨论了光纤光栅传感信号解调的基本原理，分析了国内外提出的常用解调方法的工作机理、特点和性能，并总结了信号解调过程中存在的主要技术难点及发展方向，为基于光纤光栅传感系统的解调部分的设计提供了依据。     

基于LabVIEW的光纤光栅传感解调系统的研究

本设计基于LabVIEW可视化界面技术和光纤Bragg光栅波长解调的原理,对微型光谱解调分析模块的数据采集系统进行深入研究。并介绍在LabVIEW平台下进行串行通信采集FBG传感温度信号和数据处理的技术,形成基于LabVIEW友好界面、功能完备的光纤光栅解调系统,取得较好的试验效果。同时解决普通光谱解调设备成本高、体积庞大和只简单显示波长的难题。     

光波长边沿解调系统的设置问题

可调激光边沿滤波解调系统是光纤光栅检测超声波的重要测试系统。在测试前需对光源的波长进行正确的设置,否则将造成测量结果严重失真。然而由于受到实验假象的影响,光源波长设置值的正确性不易辨别。因此,以静态试验的方式,分析了系统波长设置不准的原因,研究了光源波长的变化对系统工作性能的影响。最后提出正确调试光源波长的注意事项。     

基于粒子群寻优的光谱仪波长误差修正方法

为了提高便携式光栅扫描近红外光谱仪扫描波长的准确性,利用平面衍射光栅的色散公式,结合扫描机构中光栅、摆杆与丝杠之间的位置与传动关系,建立了光谱仪波长修正数学模型,提出了基于粒子群优化算法确定波长修正模型参数、基于波长修正模型的杆长比全谱对比寻优确定杆长和修正参数调节量、对光谱仪施以硬件结构调节软件补偿的波长修正方法,并利用标准光源的特征波长,对自制便携式近红外光谱仪进行了波长修正实验。实验结果表明,经波长修正后光谱仪的波长准确性优于±1 nm,满足光谱仪波长准确性的要求,验证了光谱仪波长误差分析的正确性与修正方法的有效性。     

光纤可调F-P滤波器频率响应特性的实验研究

为了提高基于可调Fabry-Perot(F-P)滤波器光纤光栅(FBG)解调系统的性能,根据可调F-P滤波器的特性,研究了不同驱动频率下光纤可调F-P滤波器的响应情况。实验中通过数据采集卡和LabVIEW软件平台得到滤波器不同输出波长所对应的电压,绘制出不同频率下电压—波长曲线。分析了在驱动电压频率改变时滤波器透射波长随电压的变化情况,发现直线拟合所得斜率有随频率增加单调递减的趋势,10Hz、100Hz和200Hz与1Hz的斜率误差分别为0.69%,5.10%,6.49%。实验数据分析表明,采用区分频率选择不同多项式拟合可以减小该误差对解调系统的影响。     

基于非线性光纤环镜的全光波长变换综述

介绍了非线性光纤环镜的基本原理,以及利用光束传输法对耦合非线性薛定谔方程组进行数值分析,研究并搭建了采用非线性光纤环境作为介质,实现波长变换的实验系统,经实验证明,非线性光纤环路境能够将2.5 G bit/s归零码光脉冲波长变换20 nm,也能同时实现两个波长的转换。     

Y分支光学调制器的半波电压特性研究

为了研究光纤陀螺中Y分支光学调制器半波电压与工作波长和温度的关系,研制了带波长和温度记录功能的半波电压测试系统。采用一种基于4台阶波调制的半波电压测试法,测试了该系统的半波电压、波长和温度的相关性。结果表明：半波电压与波长呈二次多项式关系,与温度呈线性关系;在宽谱光作用下,对于参数确定的Y波导,其半波电压主要由宽谱光的谱型和实际工作温度决定,不同宽谱光作用下的同一Y波导半波电压的温度相关系数相等;在常温下测得的Y波导半波电压测量精度满足1 mV的需求。     

一种高精度半导体激光器温控调频系统

提出了一种通过改变半导体激光器的温度对波长进行调制的方法,并建立相应系统,进行了实验研究,分析了影响波长 温度调制的因素,最后,就它的应用领域进行了探讨。     

基于双耦合器的平坦型全光纤波长交错滤波器

提出了由一个3×3 单模光纤耦合器和一个2×2单模光纤耦合器级联组成的波长交错滤波器,给出了其基本结构形式。将3×3耦合器中的两边两个输出端口连接在一起,中间端口为反射回路,形成一个3阶级联反射式Mach-Zehnder干涉仪,利用傅里叶级数展开的方法对其输出特性进行了分析。分析结果表明:组成滤波器的两个耦合器分光比和干涉臂的臂长差取一些定值时, 可得到输出波形通带平坦的波长交错滤波器,其输出稳定性和隔离度均得到了提高。与通常的3阶级联Mach-Zehnder干涉仪相比,耦合器数目减少,在实际制作时可以对耦合器的分光比和干涉臂臂长差进行准确监测和控制。     

基于Zn2SiO4:Mn的硅基成像器件紫外响应增强薄膜制备及其表征

为了增强CCD、COMS等硅基光电成像器件的紫外响应,在其光敏面镀上“紫外—可见”变频薄膜将紫外光变为可见光,以实现CCD、COMS等硅基光电成像器件的紫外响应。 Zn2SiO4:Mn由于粒子直径小,稳定性好,荧光量子效率高等优点,在增强光电器件紫外响应领域有着很广泛的应用前景。现用“旋涂法”法在石英基底上生成 Zn2SiO4:Mn紫外增强薄膜,并对其透射光谱、吸收光谱、激发光谱与发射光谱等光学性质进行测量分析。实验测得薄膜在300nm以下透过率极低,在300nm以上透过率很高且平稳;对300nm以下的光具有很强的吸收,对300nm以上的光吸收很弱且很平稳;激发峰在265nm,发射峰在525nm,即能将紫外光转化为可见光。同时分析了Zn2SiO4:Mn 薄膜的均匀性、厚度、稳定性等物理性质对其变频性能的影响,可知Zn2SiO4:Mn 薄膜是一种可用于增强CCD等光电器件紫外响应的紫外增强薄膜。     

基于弓形梁增敏结构的FBG振动传感器研究

利用光纤光栅(FBG)随弓形梁弯曲变形的敏感特性,通过设计特制的增敏结构,研制了一种基于弯曲特性的FBG振动传感器.根据ANSYS数值分析和实验结果表明,在加速度0～5g、工作频率0～40 Hz范围内,传感器加速度特性曲线呈现良好对应关系,灵敏度可达458.1 pm/g,精度约0.002 g.该传感器系统采用双光栅形式实现了温度补偿,且在所测加速度范围内显示出较好的灵敏度和重复性,频响误差小,能够满足航空结构振动监测与控制需求.     

变包含角平面光栅单色器扫描转角精度的检测

针对上海光源(SSRF)软X射线谱学显微光束线站高分辨变包含角单色器(VAPGM)在超高真空环境下对波长扫描机构转角精度的现场测试,提出了一种实用、有效的检测方法。采用自制的多角棱镜,结合高精度光电自准直仪进行现场测试。首先,介绍了单色器波长扫描原理,给出角度与波长的关系;接着,理论分析了转角精度与系统分辨率之间的关系;最后,介绍了该方法的检测原理、装置及检测步骤。利用该方法完成了VAPGM平面镜(PM)和平面光栅(PG)转角精度的检测,结果分别为0.19″,0.22″,满足单色器技术指标要求。在电离室在线检测了标定后的单色器系统的分辨率,测试结果好于10000,进一步验证了该检测方法的有效性。