高斯变迹FBG在非均匀介质下的数值响应特性研究

基于光波导理论和传输矩阵法,研究光纤包层被完全腐蚀后的高斯变迹光纤布拉格光栅(FBG)在非均匀外部介质环境下的反射谱特性.仿真过程中,分别考虑高折射率区(1.43～1.45)和低折射率区(1.33～1.36)两种情况,同时假设该非均匀外部介质折射率(SRI)呈不同的线性函数分布.仿真结果表明,高斯变迹FBG的谱带宽、谱强度特性与SRI沿光栅轴向的线性分布梯度密切相关.随着SRI梯度增加,反射谱的3 dB带宽也逐渐增加,此时高、低折射率区的梯度灵敏度分别为3.775×103 nm·mm/riu和3.72×103 nm·mm/riu.研究结果对高斯变迹FBG用于生化传感领域的非均匀介质测量具有一定意义.     

升余弦变迹布拉格光纤光栅中的调制不稳定性

利用相干耦合非线性薛定谔方程,研究了激光脉冲在升余弦变迹布拉格光纤光栅中传输时,在反常色散区和正常色散区所产生的调制不稳定性。结果表明在反常色散区和正常色散区都能产生调制不稳定性;在反常色散区,当输入功率达到一定数值时,产生明显的规律性增益谱;在正常色散区,在产生调制不稳定性功率区域,调制不稳定性存在并从给定值一直持续到无穷;在反常色散区和正常色散区,增益谱都受到升余弦变迹函数的制约。     

腐蚀型FBG在非均匀液相介质下的数值响应特性

基于光波导理论和传输矩阵法,研究了光纤Bragg光栅(FBG)折射率传感器在非均匀液相介质下的响应特性。在数值计算中,分别考虑高折射率区(1.42～包层折射率)和低折射率区(1.33～1.36)两种情况,并假设非均匀液相介质的折射率分布为线性函数,仿真结果表明,FBG的反射谱特性强烈依赖于介质折射率分布函数的某些特征参数,比如折射率沿FBG轴向的分布梯度、折射率在FBG两端的差值。研究结果对FBG折射率传感器在生化传感中的应用具有一定意义。     

长周期光纤光栅三层结构折射率梯度响应特性研究

基于模式耦合理论和传输矩阵法,使用三层结构圆光波导模型对长周期光纤光栅(LPFG)包层模(HE14)的响应特性进行仿真和分析。通过对比分析外部环境折射率呈梯度分布时与呈均匀分布时的LPFG透射谱,发现谱线中除了损耗峰发生漂移以外,主峰左侧旁瓣深度增加,主峰右侧旁瓣深度减小,且随外部环境折射率的升高,这种变化趋势愈加明显,分析了透射谱发生相应变化的原因。研究结果对使用LPFG进行折射率梯度传感设计具有一定意义。     

非均匀应变场中光纤布拉格光栅的数值分析

当非均匀应变场作用在光纤布拉格光栅（FBG）上时,由于FBG周期和有效折射率在沿FBG长度方向都为变量,所以会导致光谱形状的变化。采用耦合模理论和龙格库塔的方法可以准确地分析非均匀应变场中的FBG光谱特性,其缺点是收敛速度慢;而传输矩阵法虽然可以大大提高收敛速度,但是由于忽略了非均匀应变场的变化梯度,在分析变化率较大的非均匀应变场时与龙格-库塔方法相比准确度较差,通过改进适用于分析非均匀应变场的FBG等效周期,既保留了传输矩阵分析FBG的快速收敛性,又保证了分析准确性。     

均匀光纤布拉格光栅横向受力特性的理论分析

对均匀光纤布拉格光栅(FBG)中间一段横向受力特性在仿真的基础上作了理论和实验研究。采用传输矩阵法分析了光纤布拉格光栅中间一段横向受力时的反射谱变化,并且基于传输矩阵法进行了数学推导。当光纤布拉格光栅中间一段受到横向力时,反射谱的反射峰发生分裂,并且分裂点随受力大小的变化呈线性、周期性的移动。给出了线性表达式,分裂点以11.06 N为周期在光纤布拉格光栅的全波带宽内移动,周期内分裂点波长漂移相对于受力的灵敏度约为带宽与周期的比值,周期大小与受力光栅长度无关。给出了详细的理论分析、仿真结果和实验图谱,实验结果与仿真效果一致。     

FBG非均匀应变分布的动态粒子群算法重构研究

基于动态粒子群算法(DPSO)和传输矩阵法,提出了一种新的光纤布喇格光栅(FBG)轴向非均匀应变分布重构方法.利用光栅轴向采样点处的应变值作为粒子,让其在解空间中模拟鸟群行为进行搜索,算法的惯性权重ω根据不同粒子与当前种群中全局最优粒子距离的大小进行动态调整,加快了算法收敛到最优点的速度.采用DPSO对线性、二次、正弦、不连续等4种应变分布形式进行了应变重构,并与量子行为粒子群优化算法(QPSO)的重构结果进行了比较,仿真结果表明,DPSO优化算法可有效地进行光栅轴向菲均匀应变分布的重构,精度和迭代速度较QPSO法有显著提高.     

窄带FBG滤波器切趾函数的研究

利用耦合模理论分别对五种切趾函数所描述的窄带光纤光栅滤波器的滤光特性进行了数值计算,通过比较得到一些有意义的结论,为设计和制作窄带光纤光栅滤波器提供了参考和理论依据.     

纤芯包层复合结构FBG的光谱特性仿真研究

针对纤芯包层复合结构光纤布拉格光栅(FBG)制备难度较大的问题,文章首先分析了复合结构FBG的结构特征,然后从光纤耦合模理论出发,利用Rsoft结合Matlab软件分别模拟了单独存在的纤芯、包层光栅以及复合结构光栅的反射光谱,并且通过改变光栅周期、栅区长度以及调制深度,对复合结构FBG的反射光谱特性进行了仿真分析。仿真结果表明,光栅周期为541 nm并固定其他参数时,单独的纤芯与包层光栅中心反射波长分别为1 563.4和1 558.0 nm,复合结构光栅获得了具有相同中心波长的双峰反射光谱;复合结构光栅的光栅周期、光栅长度和调制深度会对反射谱的中心波长、强度与半高宽度造成规律性的影响。研究结果可以给光栅刻写与应用提供参考与理论支撑。     

啁啾光纤光栅的传输特性与切趾变迹研究

从麦克斯韦电磁理论导出的耦合模方程出发,应用研究非均匀光纤光栅的传输矩阵法数值研究了啁啾光栅前向波的能量传输、反射谱和时延特性,进而分析比较光纤光栅切趾变迹对反射和时延的影响以及在色散管理方面的应用.通过研究找出了一种余弦切趾函数的光纤光栅,从其特性分析可知这种变迹可以应用在波分复用/解复用、多通道的色散补偿、多通道滤波器等方面.     

低温环境下FBG温度传感特性研究

在低温环境中,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)材料的热膨胀系数和热光系数会发生改变,从而影响其温度传感特性。文章通过实验研究了裸光纤光栅传感器和黄铜管封装的光纤光栅传感器在低温下的温度传感特性。结果表明,在80~300 K温度范围,裸FBG温度传感器的灵敏度为6.43 pm/K,线性度为0.974,在80~230 K温度范围,温度与光纤光栅的中心波长呈现非线性关系;黄铜管封装的FBG温度传感器,在整个温度范围内灵敏度可达26 pm/K,线性度为0.996,较裸FBG温度传感器均有较大提升。对比实验表明,对光纤光栅进行封装,可以提高其温度灵敏度和线性度,改善温度传感特性。     

变迹相移光纤光栅传输谱的研究

用传输矩阵法对变迹相移光纤光栅的传输谱进行了分析,着重分析了相移点数、变迹函数的类型对光栅传输特性的影响。分析表明：可以通过改变光栅的相移点数、选择不同的变迹函数,研制用于WDM和DWDM的滤波器。     

光纤光栅温度补偿桥式结构

通过对光纤光栅布喇格波长随温度及应力变化的分析,设计制作了金属桥式结构来补偿光栅的温度漂移。通过对3cm和10cm光栅的实验,补偿效果明显,10～70℃范围内,布喇格波长漂移小于0.03nm。     

涂覆层参数对FBG温度灵敏度的影响

分析了涂覆层的物理参数对光纤光栅（FBG）温度灵敏度的影响,数值分析结果表明,大涂覆厚度、高弹性模量、高泊松比、高线膨胀系数有助于提高FBG的温度灵敏度。FBG温度灵敏度的饱和值主要取决于涂覆层的弹性模量和泊松比,因此不能单纯依靠选取大弹性模量或泊松比的涂覆来提高温度灵敏度,还须综合考虑弹性模量和泊松比对温度灵敏度的影响,以确定两参数的最佳值。     

基于翼表温度测量的光纤Bragg光栅传感器研究

根据可变体机翼翼表温度检测范围-60～+80℃的要求,提出了一种基于铝板片封装的光纤Bragg光栅(FBG)温度增敏传感装置.该装置采用耐高温环氧树脂胶将FBG粘贴在铝板片U槽中,并预热60℃、保持30 min以保证FBG温度传感增敏装置线性和重复性.研究及试验结果表明,在翼表工作环境温度范围内,该模型理论与实测温度灵敏度分别为28.16 pm/℃和29.03 pm/℃.与裸光栅相比,其增敏倍数分别为2.540倍和2.636倍,增敏倍数误差为3.78％,反射波长与温度的线性度达到0.999 3.因此,在翼体工作环境温度范围内尤其低温环境-60～0℃间,该温度增敏传感装置能满足检测所需精度.     

光纤光栅传感器的应力补偿及温度增敏封装

针对光纤光栅（FBG）温度传感器的交叉敏感问题,提出了一种FBG温度传感器的Al盒封装工艺,并对其温度和应力特性进行了理论分析和实验研究。研究表明,该封装有效地减小了FBG的应变灵敏性,并将温度灵敏度提高到裸FBG的1．8倍。     

利用预曝光技术制备复合结构光纤光栅传感器

报道利用预曝光技术制备的复合结构光纤光栅传感器。提出利用预曝光技术使某一小段光纤的折射率变大,而后在预曝光部分和未曝光部分的交接处一次性写入光栅,即可得到具有两个透射峰的透射谱。实验研究了该复合结构光纤光栅在温度和应力传感上的应用。实验结果表明,利用该复合结构光纤光栅可以实现温度与应变的同时测量。     

飞秒激光刻写FBG在电极放电下的光谱特性

采用电极脉冲电弧放电对紫外激光和飞秒激光刻写的光纤布拉格光栅(FBG)进行高温激励的研究,实验发现,紫外激光刻写的FBG,光栅透射谱大幅下降,光谱蓝移0.38 nm,飞秒激光刻写的FBG透射谱基本保持不变,光谱红移0.022 nm。特别是当电极在栅区中心位置放电时,光栅透射率上升达到最大,比无电极放电时大8 dB,表现出开关量特性。该特性在光纤开关量器件、光纤调Q激光器、新型光纤光栅解调与局部放电检测等领域具有潜在的应用前景。     

液氮温度光纤Bragg光栅的应变传感特性

对光纤Bragg光栅(FBG)液氮(77 K)下的应变传感技术及应变特性进行了研究.实验和分析表明:常温下FBG反射谱中的单个中心峰在低温下会劈裂为多峰,它产生于光纤、粘贴胶和金属基底热膨胀系数间的差异引起的强烈非均匀热弹性应变,使常温下均匀的光栅变啁啾化.建立了多种技术手段,成功消除了低温多峰现象,并测得了FBG低温和常温下的应变传感特性.实验结果表明:FBG的应变灵敏系数与温度无关.