基于双光纤布拉格光栅的抽运激光器波长锁定器

运用耦合模理论推导了双光纤布拉格光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式,进一步推导出带双光纤布拉格光栅激光器的增益方程。利用相关表达式讨论双光纤布拉格光栅的反射特性与透射特性,并探究对激光器增益曲线的影响。双光纤布拉格光栅由结构和特性相同的单光纤布拉格光栅构成,通过优化两光纤布拉格光栅之间的距离得到最佳的锁模特性。在工作温度为0℃,20℃,70℃时,分别测量了带双光纤布拉格光栅和单光纤布拉格光栅波长锁定器的非致冷抽运激光器的输出光谱。其结果表明带双光纤布拉格光栅的非致冷抽运激光器输出光谱的稳定性得到了显著改善。在0~70℃温度范围内能稳定工作,波长漂移为0.2 nm,边模抑制比达45 dB,半峰值宽度小于1.57 nm。     

温度不灵敏光纤光栅

提出了一种小型的实现温度补偿的光纤光栅组件.该器件包括两种具有不同热膨胀系数的物质.通过改变加在光纤光栅上的应变可以补偿温度变化引起的光栅布喇格波长的漂移.该组件在-20～40℃的温度范围内.波长变化仅有0.12nm.是未补偿光纤光栅的1/6.     

取样光纤光栅温度特性及其温度补偿封装

用长周期振幅掩模板(周期为500μm)和相位掩模板(周期为1.0739μm),采用曝光法制作出了1.5cm长的取样光纤光栅。测试了光纤光栅的温度特性,发现光纤光栅的反射波长随温度的升高向长波方向漂移,三个主峰波长随温度的变化规律是相同的,波长与温度有良好的线性关系,温度变化并不会引起通道间隔的变化,温度漂移系数约为0.01nm/℃。采用与Bragg光纤光栅相同的负温度系数的衬底材料来补偿中心波长随温度的漂移,封装后的取样光纤光栅的温度系数达到0.004nm/℃。     

基于马赫-曾德尔干涉的温度和应变同时测量的光纤传感器研究

提出了一种基于马赫-曾德尔干涉的温度和应变 双参数同时测量的光纤传感器,其结构是在单模光纤(SMF)上分别熔接两 个球形结构并在SMF光纤中间熔接一段细芯光纤(TCSMF)。利用光纤的纤芯 模、包层模对温度、应变的灵 敏度差异,通过检测不同级次的干涉谷的特征波长位移变化,结合敏感矩阵实现了对温度、 应变双参数的 同时测量。实验选取位于波长1545.1nm554.8nm处的干涉谷进行温度和应变的同时测量,测 得两个波谷 的温度灵敏度分别为53.86 pm/℃和47.51pm/ ℃,两个波谷的应变灵敏度分 别为0.75 pm/με和1.39pm/με,并且不 同级次干涉波谷的波长位移量与外界温度和应变具有良好的线性度。     

一种低成本FBG高温传感器的研究

采用相位掩模法,利用紫外光在载氢普通掺锗单模石英光纤中制作出光纤布拉格光栅(FBG)。同时,将反射率为17dB的光栅FBG1和反射率为41dB的光栅FBG2置于30～1000℃的高温炉内进行温度特性比较实验。在30～870℃范围内FBG1和FBG2两者中心波长随温度的变化趋势一致,且两个光栅反射波长都在870℃时消失,当温度继续升高到900℃时,仅有FBG2再次出现反射率为1dB的反射峰。对经过高温处理后的FBG2再次进行30～1000℃温度测量实验,温度灵敏度为0.02nm/℃,线性度为0.999。实验结果表明,对于具有高反射率的FBG进行高温热处理后,其可以在30～1000℃的温度范围内进行传感测量,且中心波长随温度变化呈良好的线性关系。利用该方法可以制作出低成本的可用于高温环境测量的FBG温度传感器。     

基于光频域反射技术的光纤传感网络研究

研究基于光频域反射技术的光纤传感网络,提升待监测对象温度与应变的测量精度。在光频域反射技术基础上引入光纤Bragg光栅技术,构建具有分立式与分布式的两层混合式光纤传感网络;分立式光纤传感网络层利用光纤Bragg光栅技术解调光栅放射光中心波长变化量,获取待监测对象温度值;分布式光纤传感网络层通过计算光纤瑞利散射的光谱平移量实现应变的连续分布式传感,利用频域干涉测量法,计算光纤传感器中心波长变化量,获取待监测对象应变值。同时两层混合式光纤传感网络利用傅立叶插值后的互相关法提高光谱平移量的光谱分辨率,提升光纤传感网络的测量精度。实验证明:所研究光纤传感网络测量的中心波长值与实际温度值、应变值拟合程度高,测量精度高。     

用于10Gb／s WDM系统色散补偿的波长取样啁啾光纤光栅

研制出一种新型色散补偿光纤光栅--波长取样啁啾光纤光栅,它具有10个周期性为0.8nm的波长结构,每个周期的反射特性和色散特性都基本相同,其带宽为0.6nm、峰值反射率为90%、色散量为1300ps/nm、时延抖动小于50ps,光栅长度为10cm.利用此波长取样啁啾光纤光栅,在8×10Gb/s波分复用(WDM)系统中,进行了NRZ码140km标准单模光纤的色散补偿实验,补偿效果良好.     

《学报》与我们共同成长

研究了一种基于长周期光纤光栅的振动传感器波长解调方法,可解调波长范围为1 522～1 538 nm.宽带光源的出射光经光纤布喇格光栅反射后,入射到长周期光栅,经长周期光栅调制后光纤布喇格光栅反射光强会发生变化.通过对谐振波长处光功率的探测,实现光纤布喇格光栅静态、动态信号的监测.通过温度测量实验对监测系统进行标定,实验中光纤布喇格光栅传感器波长偏移量与系统输出电压成线性关系,比值为0.01 nm/mV.将传感器粘贴于铝板表面,采用该系统解调简支铝板结构的微小振动引起的波长变化.系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该系统可实现1 kHz以上的动态应变测量.     

基于边缘滤波法检测的光纤光栅声波传感研究

针对裸光纤光栅在声波作用下的应变灵敏度过低导致难以检测到有效反射波长变化的问题，文章提出以光纤光栅纵向传感为模型，并在光栅周围涂上一层厚度远超光纤内径的低杨氏模量圆柱状涂覆层，以增加光纤光栅的应变灵敏度，并用相移光栅反射谱的线性区作为边缘滤波法边缘来提高激光检测的灵敏度，利用传输矩阵法仿真分析光栅反射谱及激光反射率曲线。仿真结果表明，声波纵向传感模型的应变灵敏度要优于横向传感模型，且低杨氏模量的涂覆层可以显著提高光栅的应变灵敏度，在频率低于1.7 kHz的声波作用下，涂有聚氨酯涂覆层的光纤光栅纵向传感灵敏度达到了6.1 nm/MPa,是裸光纤光栅的381倍，结合相移光栅反射谱线性区综合灵敏度提升2 203.6倍，有效地提升了光纤光栅在声波检测方面的灵敏度。     

FBG-FP的应变与温度解耦方法研究

光纤光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的温度与应变交叉敏感问题在实际工程应用中至关重要。本文提出了一种采用级联FBG的法布里-珀罗(FBG-Fabry-Perot, FBG-FP)传感器进行温度与应变同时测量的方法。级联FBG阵列由氩离子紫外激光器基于相位掩模板方法制作,其形成的FP干涉峰和光栅反射谱包络可以实现温度与应变的解耦。在不同的温度条件下,由FBG-FP反射谱包络10 dB带宽所对应中心波长值可得FBG-FP的温度灵敏度系数为9.5 pm/℃。分别在无应力、有应力且恒温条件下,通过解读FP干涉峰的波长变化得到该级联FBG-FP的温度和应变灵敏度系数分别为9.1 pm/℃和1.03 pm/με。实测的温度与应变值可由干涉峰波长、反射谱包络与温度、应变的函数关系求得。结果表明该FBG-FP可以实现温度与应变的同时测量。     

单光纤光栅温度应变双参数传感研究

报道了一种用一根光纤光栅实现温度与应变同时测量的传感方案。用于同时传感温度与应变的光纤光栅写于两种不同光纤的连接处 ,本身具有两个反射峰。由于两种光纤的光热系数不同 ,两个反射峰具有不同的温度响应。通过监测两个反射峰的波长移动便可实现温度与应变的同时测量。     

一种基于取样光栅的Sagnac环滤波器的设计研究

为了探究更多新结构的梳状滤波器,采用了一种新型的基于取样光栅的Sagnac环滤波器的设计方案。利用Jones矩阵理论,建立了该滤波器的理论模型,并对其传输光谱进行了分析和数值仿真。通过选取不同的光纤光栅的长度L、光纤环臂差L和取样周期P等参量的值,可以得到6种具有分立谱线、高反射率、等间隔的窄带梳状透射谱,且具有良好的波长选择性和信道隔离度。结果表明,这种滤波器可应用于波分复用系统的多通道窄带滤波器、双波长的光纤激光器和分布式传感系统等,对结合光纤光栅和Sagnac环结构的滤波器的研究和应用提供了一定的参考。     

基于双材料悬臂梁的光纤光栅应力与温度传感器

设计了一种新型的悬臂梁结构,采用单根光纤Bragg光栅(FBG)实现温度和应力同时测量的传感器方案.传感器使用了由两种有机聚合物材料加工成的等强度悬臂梁,解决了FBG应用于压力和温度测量时的交叉敏感问题.传感器在压力和温度同时作用下,FBG反射谱分裂成双峰结构.通过测量反射谱中的双峰峰值波长达到温度与应力同时测量的目的...     

全光纤转动拉曼激光雷达的光纤光栅分光技术研究?

设计了一款由可见光波段的光纤布喇格光栅和光纤耦合器构建的全光纤转动拉曼激光雷达分光系统。利用相位掩模板侧向成功刻写530 nm波段光纤布喇格光栅,并初步测试其透射谱和反射谱性能。为提高光纤光栅中心波长与大气氮气分子转动拉曼谱线的匹配特性,利用悬臂梁设计高调谐灵敏度的调谐系统。实验结果表明,成功研制的可见光波段光纤布喇格光栅其反射率约为95%,带宽约为0.3 nm,应力调谐系统可实现± 0.6 nm范围18 pm/r 的波长调谐。     

一种基于啁啾光纤光栅温度不敏感的应力传感器

提出了一种基于啁啾光纤光栅温度不敏感的应力传感器.这种传感器是以腐蚀后啁啾的Bragg光纤光栅为敏感元件,利用光栅反射功率的变化测量应力的变化,反射功率对温度是不敏感的.利用光功率计检测光栅反射功率的变化.     

正十边形光子晶体光纤布拉格光栅传感特性的研究

研究了正十边形对称结构光子晶体光纤布拉格光栅(PCFBG)特性,分析了不同空气孔层数以及不同占空比对布拉格光栅反射谱的影响.在此基础上,对正十边形光子晶体光纤光栅的传感特性进行了研究.研究表明:随着温度的增加,该光纤光栅的反射谱谐振波长明显向长波方向偏移;随着应力的改变,光纤光栅的反射谱谐振波长变化趋势不明显.该光栅具有对温度敏感,对应变不敏感的特点.这种空气孔排列为正十边形对称结构的光子晶体光纤光栅有望应用在光子晶体光纤光栅的传感领域中.     

基于双光纤光栅温度压力同时区分测量的研究

提出了一种基于薄壁圆柱壳体的压力温度同时区分测量的光纤Bragg光栅(FBG)传感器结构。将双FBG沿着轴向分别粘贴在壁厚度不均匀的柱体外表面,由于两个FBG受到温度影响而引起的波长漂移量是相同的,这时两光栅Bragg波长漂移量之差就完全取决于压力,从而实现对压力温度的区分测量。实验测得,在0～7MPa内传感器的压力响应灵敏度为0.073nm/MPa,在22.6～112.6℃内的温度灵敏度为0.037nm/℃,分别是裸FBG的24倍和3.7倍。结果也表明,这种传感器具有良好的线性度与可重复性。     

温度及应力变化对光纤光栅布喇格波长的影响

着重讨论温度对光纤光栅的稳定性和反射谱的影响。分析了温度变化引起光纤光栅布喇格波长漂移的机理,为提高光纤光栅稳定性,对布喇格波长的温度漂移进行应变补偿。     

Simultaneous Strain and Temperature Measurement Using Single High—duty—cycle Sampled Fiber Bragg Grating

A novel and simple fiber grating sensor based on high-duty-cycle sample fiber Bragg grating is proposed and demonstrated experimentally,This type of sensor can measure strain and temperature simultaneously with merits of low cost,high sensitivity and immunity to electro-magneic interference.The sensor has an accuracy of 20μεand 0.8 ℃ over a strain range of 500-1500 με and a temperature range of 5-36℃ under experimental conditions.     

线性啁啾光纤布喇格光栅反射谱的数值模拟

为了研究线性啁啾光纤布喇格光栅的特性,并进一步把它用于光纤激光器上,介绍了线性啁啾光纤布喇格光栅的耦合模理论,采用4阶Runge-Kutta法和传输矩阵法结合控制变量法,对线性啁啾光纤布喇格光栅反射率与啁啾系数、半峰全宽与光栅长度、反射率与直流纤芯折射率改变量之间的关系进行了数值模拟。结果表明,线性啁啾光纤布喇格光纤可以展宽带宽。基于这个结论,提出了利用线性啁啾光纤布喇格光栅作为光纤激光器腔镜,使输出谱线展宽,从而可作为宽带光源使用的方案。