宽带可调谐光源瞬时波长测量方法研究

激光波长作为“米”基准的重要实现途径之一，其量值准确性在计量校准、精密测量以及光谱探测等领域具有十分重要的意义。目前基于标准物质吸收谱线的波长基准仅能用于单一波长的计量校准，对于宽带光源波长校准手段有限。本文开展宽带连续调谐激光波长校准技术研究，利用飞秒激光频率梳宽光谱、光频可溯源至原子频率标准、稳定性高的特点，对宽带调谐光源在调谐输出时的连续光波长进行测量，最终实现了1 nm带宽下可调谐激光器调谐输出过程中瞬时值的测量，并利用该结果对可调谐激光器在121 GHz带宽的调频非线性度进行了评价。     

高精度光纤色散测试技术

主要介绍了一套高精度光纤色散测试系统,系统采用频域相移法测量光纤的零色散波长以减小系统误差的影响,其零色散波长测量不确定度达到了0．11nm(k=2)。     

提高光纤Bragg光栅波长测量精度的方法

利用一对固定Bragg波长的光栅作为参考,在锯齿波电压驱动下,可调谐滤波器输出的窄带光分别扫描传感光栅和参考光栅,使用高斯寻峰算法计算出参考光栅反射峰值波长对应的驱动电压。在参考波长区间,利用参考光栅的波长准确性高的特点,对滤波器输出波长进行校准,建立滤波器调谐波长与扫描电压的关系。传感光栅的Bragg波长可以通过线性插值求取。温度传感实验中,利用质心法、微分法和高斯拟合法计算光栅反射峰值波长,分别获得±1℃、±0.5℃和±0.3℃测量精度,对应着±10pm、±5pm和±3pm的波长误差。实验结果表明,波长校准和选择好的寻峰算法分别减小了可调谐滤波器波长输出非线性性及波长扫描精度低带来的测量误差。     

基于光纤布拉格光栅的温度应变复合测量系统

本文基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感原理和可调谐滤波器解调技术设计了一套可用于工程中温度和应变监测的复合测量系统.对系统进行模块化设计,可根据应用实际情况配置各个模块,能够实现14通道同步并行测量,每通道最多可负载16支FBG传感器,即最多能实现224个待测点的实时同步测量.针对可调谐滤波器输出波长的非线性漂移问题,提出了可调谐滤波器的自适应驱动算法,波长拟合残差小于1 pm,确保系统的测量精度.系统的温度测量精度小于±0.5℃,稳定性良好.将本文系统应用于混凝土监测领域,测量结果验证了其可行性,可以满足实际工程应用的需要.     

用于光纤光栅解调仪表的SGDBR光源研究

取样光栅分布布拉格反射型(Sampled Grating Distributed Bragg Reflector,SGDBR)光源是一种电流驱动的波长可调谐激光光源。本文介绍了该光源的原理特性,通过搭建自动标定系统确立该光源驱动电流组合和输出光波长的对应关系,再将此对应关系用于电路设计中,并对该光源输出的光谱参数进行了实验验证,得到一种可用于光纤光栅解调仪表中的低成本波长扫描光源。     

高频相移器测试方法研究

为解决高频相移器的溯源问题,在介绍相移器工作原理基础上,分析高频相移器的相移准确度、绝对相位测量准确度、插入损耗和电压驻波比等性能指标。利用网络分析仪、校准件、低失真信号发生器和高准确度相位计搭建相移器的测试平台,阐述相移器的基本校准方法和校准步骤。通过建立不确定度传播率的数学模型,分析相移器的相移参数测量的不确定度分量来源,从而对被测相移器核心参数的准确度进行不确定度分析和评估。实现高准确度相移器的溯源方法,提高信号相移控制的准确度。     

白光相移干涉中频谱对测量精度的影响

在相移干涉中有时采用白光干涉来扩大深度测量范围,白光光源的使用,缩短了光束的相干长度,降低了测量精度。本文从干涉理论出发推导了白光相移干涉法测量三维表面形貌的计算公式,通过数值积分的方法分析了干涉光频谱对测量精度的影响。分析表明,在白光相移干涉测量中表面形貌的测量精度与中心波长和频谱宽度有关,白光频谱越宽,测量精度越低,中心波长越大,测量精度越高。     

光谱分析仪带内光信噪比的校准方法研究

光谱分析仪现已成为测量40Gbit/s及更高速率密集波分复用系统光信噪比(OSNR)的重要仪器,目前亟需解决光谱分析仪OSNR参数的量值溯源问题并形成切实可行的校准方法以保证仪表测量数据的准确可靠。提出了一种以可调谐激光源产生信号光,以宽谱光源产生噪声的校准系统,通过关断法作为基准方法,实现各类商用光谱分析仪带内光信噪比的校准,对校准系统进行了实验验证并对测量不确定度进行了评定分析。     

现场真空校准装置的设计

基于客户提出的在工作现场对真空计进行校准的切实需求,研究并设计了现场真空校准装置。该装置主要由供气和进样模块、抽气模块、压力衰减模块、压力测量与校准模块、烘烤模块等五部分组成。考虑到现场环境对真空计的影响和校准装置易于携带、小型化的要求,设计中采用了模块化分体式结构,复合了静态比较法、动态比较法和压力衰减法等真空校准方法。可根据不同的校准需求,选配不同的模块和方法实现对真空计的校准。现场真空校准装置预计达到的技术指标是,校准范围为10-4～105Pa,合成标准不确定度小于7%。     

两段式DFB半导体激光器波长调谐实验研究

采用国产普通折射率耦合型两段式ＤＦＢ半导体激光器进行了波长调谐实验研究，实验结果表明，通过分别调节激光器两段的工作电流，不仅可以使器件单模工作，而且还能进行波长调谐。波长调谐范围为６．２ｎｍ，连续波长调谐范围为０．９ｎｍ。     

三层外空气孔对光子晶体光纤非线性和色散的影响

在以1550nm为中心的宽带波长范围内设计了一种宽带低非线性色散补偿光子晶体光纤,采用矢量光束传输法数值模拟了包层中空气孔层数、空气孔直径和空气孔节距对于其色散和非线性特性的影响.计算结果表明,内六层空气孔对于其色散与非线性特性有较强影响.通过优化调节第四到六层空气孔的直径和空气孔节距,设计了在以1550 nm为中心的100 nm带宽波长范围内对相当于自身长度190倍的普通单模传输光纤进行色散补偿的光子晶体光纤(色散补偿偏移率保持在0.5%以内),在此宽带波长范围内保持非线性系数低于3 W-1·km-1.     

用双波长法和相移法确定光弹性参数

分别采用双波长法和相移法研究了光弹性条纹的自动分析技术。分别采用波长为630nm和532nm的激光作光源,根据在不同光场下获得的等差线条纹光强变化,可实现等差线条纹的自动定级。同时,提出了新的图像处理方法,结合等倾线相移技术实现了第一主应力方向的全场确定,再以Tardy补偿法为基础,提出了全场等差线的相移方法。该文结合经典的实验对比,详细比较分析了这两种方法的优缺点。结果表明:该文提出的新的相移方法可实现光弹性条纹的自动化分析。     

采用脉冲光源法校准光电转速表

光电转速表测量范围大,准确度高,在企事业单位应用广泛,但自行校准比较困难。本文简要介绍了光电转速表中转速传感器及二次仪表的工作原理,对采用脉冲光源法校准光电转速表的测量方法进行了探讨,阐述了使用频闪式转速表作为脉冲光源校准光电转速表的校准方法和有关注意事项。     

WDM与OTDR结合的弱光栅分布式温度传感网络

提出一种基于弱反射布拉格光栅的新型分布式温度传感网络,将WDM与OTDR相结合,采用WDM技术提高光栅的复用容量,利用OTDR对各个弱光栅进行实时检测,以实现光栅的密集串行复用,并提高空间分辨率。使用可调谐脉冲激光为光源,多组不同中心波长弱光栅等间距刻制在一根光纤上。利用一根光纤刻制的三组反射率为3%,中心波长分别为1544.660nm、1545.802nm和1546.900nm的9个FBG进行了温度实验。实验结果表明,在5～80℃的温度范围内,FBG的中心波长随温度变化呈良好的线性,线性度达到99.6%以上,温度测量的分辨率最高达到0.11℃,空间分辨率可达2m。     

用于光纤解调仪表的SOA扫描光源研究

光纤传感技术是近年来迅速发展的新型计量测试技术之一。光源系统作为传感解调的关键部件,宽光谱高质量的扫描光源可提高光纤传感系统的解调精度及负载能力。本文对半导体光放大器(SOA)的管脚进行了性能测试,并利用SOA建立了一种采用环形腔结构的扫描光源系统,针对MOI公司生产的两款不同型号光纤F-P可调谐滤波器进行了实验分析。得到扫描范围较宽,频率较高,平坦度良好的扫描光源系统,并总结出目前依然存在的问题。     

基于FBG的输电线路温度解调系统

温度监测是输电线路覆冰监测中的重要组成部分。本文研制出基于单片机的低成本高分辨率高精度光纤Bragg光栅(FBG)温度解调系统。该系统利用可调谐F-P滤波器法对温度传感器反射光谱进行波长解调。为降低F-P腔腔长漂移和压电陶瓷非线性的影响,采用3根FBG作为参考光纤光栅,对波长-温度曲线进行二次拟合求解。试验结果表明,该解调系统分辨率达1.4pm,精度达1.2℃,具有广泛实用性。     

2．06GHz-3．43GHz自校准频率综合器设计

频率综合器是射频收发机的重要模块之一，它被用来产生本振信号。本文提出了一种宽调谐范围，自校准结构的能实现整数分频的频率综合器结构。     

Agilent VEE光纤布拉格光栅波长测试系统

为准确测量光纤布拉格光栅的中心波长,基于Agilent VEE开发环境研制一套自动测试系统,利用可调谐激光器输出光波长精度和信噪比高的特点,通过在光功率计的不同量程档上分别进行波长扫描,并对扫描数据进行融合,系统的测量准确度达到了皮米量级,动态范围达到70 d B以上。在得到光纤布拉格光栅反射光谱曲线的基础上,应用三次样条插值和四次多项式拟合的方法来计算中心波长。测试结果表明:系统的测量重复性优于0.5 pm,测量不确定度为6 pm(k=2),能够满足传感用光纤布拉格光栅的测试需求。     

一种新型光功率计校准方法的研究

提出了一种采用光分束法的校准方法,不但减小了光纤的插拔切换以及光源稳定性对测试结果的影响,而且提高了测试准确度和工作效率。最后给出了传统校准方法和本文校准方法的不确定度评定分析。     

通信用光功率计波长敏感性对测量结果的影响

通信用光功率计计量校准装置中稳定光源发出的波长通常与被校功率计的波长有一定偏差,给校准结果带来一定影响,针对光功率计校准中存在的波长敏感性问题进行了实验研究,分析了光功率计波长敏感性对测量结果和不确定度评定的影响并给出抑制该影响的正确操作方法。