长周期光纤光栅的应用研究

长周期光纤光栅在通讯与传感领域有着广泛的应用,成为目前研究的热点之一。该文主要介绍了长周期光纤光栅在传感领域的最新研究进展。     

基于长周期光纤光栅的液位传感研究

基于简化的光纤三层模型,从折射率传感和长周期光纤光栅级联特性两方面对应用长周期光纤光栅作液位传感器进行了研究,当以峰值损耗为传感参量进行测量时,在没有发生过耦合的情况下,在一个较宽的范围内,光栅峰值损耗与进入液体的百分比成很好的线性关系;而当有过耦合发生时,光栅峰值损耗与进入液体的百分比不再一一对应.     

长周期光纤光栅温度传感性能分析

长周期光纤光栅的谐振波长与温度的变化基本呈线性关系,线性拟合的标准差可以表示长周期光纤光栅损耗峰对应波长的波动性。提出了一种初步衡量长周期光纤光栅的温度传感性能优劣的方法,即用长周期光纤光栅温度灵敏度与拟合标准差的比值P的大小来判断长周期光纤光栅的温度传感性能优劣。大量的实验数据证明,长周期光纤光栅温度传感特性的优劣与参数P的大小是一致的,即P值越大则长周期光纤光栅的温度传感特性越好,P值越小则长周期光纤光栅的温度传感特性越差。     

基于磁流体的LPFG磁场传感器的温度特性

对基于磁流体的长周期光纤光栅磁场传感方案的温度特性进行了理论研究和数值模拟。仿真结果表明,外界温度的变化会使长周期光纤光栅耦合的谐振波长发生漂移,同时改变磁流体的折射率,进而影响磁场测量的精度,对基于磁流体的长周期光纤光栅磁场传感器的实际应用方面有一定的意义。     

光纤光栅传感系统信号解调技术的研究

光纤光栅传感是光纤光栅的重要应用之一,波长信号的解调是实现光纤光栅传感网络的关键。介绍了布喇格光纤光栅(FBG)传感的基本原理,对比FBG说明了长周期光纤光栅(LPG)的特点。阐述了基于长周期光栅的布喇格光纤光栅的解调技术,详细阐述了用长周期光纤光栅来解调布喇格光纤光栅的具体方案及技术。     

长周期光栅——新兴的光纤光栅传感器

近两、三年来，一类新兴的光纤光栅传感器－长周期光栅型传感器从众多的光栅传感器中脱颖而出。文章重点介绍了ＬＰＧｓ的传感原理、应用及目前发展状况。     

光子晶体光纤光栅在生物和化学传感器领域研究进展

在介绍长周期光纤光栅(LPFG)传感应用的基础上,讨论了长周期光子晶体光纤光栅(PCF-LPG)的主要应用及其最新的进展.从光子晶体光纤(PCF)结构特性出发,讨论了长周期光子晶体光纤光栅的工作原理、理论模型、分析方法、写入方法以及其在生物化学传感方面的最新应用.展望了长周期光纤光栅在生物化学传感领域的应用.     

小区域腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪传感特性研究

基于尾纤端面镀金属反膜的单根长周期光纤光栅,提出了一种包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪结构,提高了长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度。应用干涉原理,得出了长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪干涉波峰随外界环境折射率的变化关系。并从实验上对腐蚀前的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪和带腐蚀结构的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪的折射率传感灵敏度进行对比。结果表明,包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪反射谱中的干涉峰值对折射率传感的灵敏度得到了显著的提高,对于折射率为1.333和1.352的液体,干涉峰值的移动量从0.9 nm增加到3.4 nm。     

环境折射率对长周期光纤光栅谐振波长的影响

长周期光纤光栅是近几年出现的新型光纤器件,表现为前向传播的纤芯导模与同向传播的各阶次包层模在特定波长时的模式耦合,因此它在温度、应变、折射率传感方面比普通的光纤光栅有更大的优越性.运用耦合模理论,首先讨论了长周期光纤光栅的谐振波长,并模拟了其透射谱.其次在理论上详细分析了长周期光纤光栅对环境折射率的敏感特性,讨论了环境折射率敏感度因子与包层模次数的关系,并比较了不同环境折射率下的灵敏度.最后模拟了在环境折射率小于光栅包层折射率的情况下,谐振波长随环境折射率变化的规律.     

光子晶体光纤长周期光栅的特性

将修正的矢量等效折射率模型和耦合模理论相结合,系统地研究了光子晶体光纤长周期光栅(PCFLPG)的特性.验证了光子晶体光纤长周期光栅的双谐振峰特性;定量地研究了光子晶体光纤结构参数如空气孔间距、相对孔径比和光栅参数如光栅周期、光栅长度、折射率调制深度和光栅啁啾量对光栅谐振峰强度和谐振波长的影响.研究结果为光子晶体光纤长周期光栅在光纤通信、光纤传感等方面的应用提供了理论依据.     

长周期光纤光栅传感信号解调技术研究现状

长周期光纤光栅(LPFG)对温度、应变、液体浓度等外界环境变化的敏感度要远高于光纤布拉格光栅(FBG),在传感领域具有广泛的应用前景。然而LPFG的传感信号解调技术尚不成熟,大大制约了LPFG在传感领域的应用。针对现有LPFG传感信号的解调方法进行分析与评述,着重介绍了基于边沿滤波技术、法布里-珀罗(F-P)腔扫描滤波技术和阵列波导光栅(AWG)技术的几种解调方案,并对各个方案在解调精度、速度、成本等方面进行了比较与分析。此外,介绍了实现LPFG复用解调的方法,并在总结已有技术优缺点的基础上对LPFG信号解调技术的发展趋势进行了展望。     

长周期光纤光栅温度传感器的研究进展

长周期光纤光栅（LPFG）具有与短周期光纤光栅所不同的光谱特性。它无背向反射光谱,不对光源的稳定性产生影响。基于纤芯基模与包层模的谐振耦合原理和热光效应,LPFG温度传感器利用谐振波长的漂移变化实现对温度的测量,具有很高的灵敏度。介绍了LPFG的制作方法、LPFG温度传感器的工作原理及最新研究进展。由于具有插入损耗小、可用于遥测、精度高和抗电磁干扰能力强等优点,LPFG温度传感器将有广阔的应用前景。     

半腐蚀长周期光纤光栅光谱特性研究

基于长周期光纤光栅(LPFG)包层有效折射率与包层半径的良好相关性,提出一种半腐蚀长周期光纤光栅的新颖设计。将一根长周期光纤光栅分成等长的两部分,用HF酸腐蚀其中的一半区域,此时整根LPFG可看成具有不同谐振波长的两个半长度LPFG的级联。利用传输矩阵方法和三层介质光纤模型的色散方程分析了该种LPFG的光谱特性:随着腐蚀段包层半径的减小,两个分裂峰谐振波长之间距离增大,且模式越高间距越大。同时实现了应变和温度的同步测量,得到应变和温度的传感精度分别为±8.9με和1.4℃。因此半腐蚀LPFG传感器可为解决LPFG交叉敏感问题提供有效方法。     

级联长周期光纤光栅的温度特性研究

对级联长周期光纤光栅(C-LPFG)的温度敏感特性进行了理论和实验研究。讨论了C-LPFG的谐振波长温度灵敏度与包层模的阶次、光纤光栅周期的关系,进行了20～80℃温度传感实验,实验结果表明,谐振波长与温度成线性响应,升降温数据的重复性比较好,测得其谐振波长温度灵敏度为0.250 1nm/℃、而相同参数的LPFG所测得的谐振波长温度灵敏度为0.131nm/℃。表明,C-LPFG的温度灵敏度远高于同样参数的LPFG。     

Recent progress in fiber-optic extrinsic Fabry–Perot interferometric sensors

Fiber-optic extrinsic Fabry–Perot (EFPI) sensors have been successfully used for a wide range of applications. The recent progress in EFPI sensors is reviewed in this paper. First, the optical amplification technology is adopted into the EFPI sensor system to enhance the interferometric signal considerably. Second, both spatial-frequency multiplexing and coarse-wavelength-division multiplexing technologies are demonstrated for multiplexing of a modified EFPI sensor called the Fizeau sensor. Finally, the EFPI sensor is integrated with other fiber-optic sensing elements to realize the measurement of multiple parameters, for example, the EFPI is integrated with the in-fiber Bragg-grating (FBG) or the long-period-fiber-grating (LPFG) to achieve simultaneous strain and temperature measurement. Furthermore, simultaneous measurement of displacement, transverse load, static strain, temperature, and vibration can be achieved by using the combination of EFPI/FBG/LPFG.     

LPFG 镀层参数对其折射率传感特性的仿真分析

长周期光纤光栅在传感测量领域具有防爆、防磁、抗干扰等优点,且对周围介质折射率的变化敏感,适用于矿井、油田等易燃、易爆、强电磁干扰环境及具有毒性、腐蚀性等不宜接触的液体的折射率测量。本文采用在长周期光纤光栅包层外沿径向镀一金属薄层的方式,从长周期光纤光栅传感原理着手,利用三包层模型的本征方程,并借助MATLAB进行方程求解和仿真分析,讨论了包层模序数、光栅周期、膜层厚度等参数与谐振峰中心波长偏移的关系。为合理选择光栅结构参数、制作符合要求的长周期光纤光栅用于折射率传感测量提供了依据。     

飞秒写制长周期光纤光栅的液体浓度测量实验研究

利用逐点写入法在去涂敷层的普通单模通信光纤中直接写入了长周期光纤光栅(LPFG),实验获得的LPFG在C波段的谐振波长1 538.8nm,衰减强度达10.63dB。其氯化钠和蔗糖溶液浓度传感特性实验表明,随着盐溶液浓度的增大,LPFG的谐振波长向左线性漂移,盐浓度每增加1%,波长向左漂移约0.05nm;随着糖溶液浓度从0%增大为50%,LPFG的谐振波长向左非线性漂移量高达约8nm。实验结果表明:飞秒激光逐点写入法操作简单,容易控制诱导的周期性折射率微扰在纤芯和或包层的位置,从而制备出对低浓度液体敏感的LPFG化学传感器;同时飞秒激光写制的LPFG具有较高的外界环境灵敏度,有望用在化学浓度传感中。     

弯曲曲率对长周期光纤光栅透射谱特性的影响

报道了一种分析长周期光纤光栅(LPFG)透射谱谐振波长和衰减率随弯曲曲率变化的方法。利用耦合模理论和微扰近似推导了长周期光纤光栅透射谱随弯曲曲率变化的一般表达式,得到当弯曲曲率为2.56 m~(-1)时,长周期光纤光栅透射谱分裂,分裂峰的谐振波长和衰减率与弯曲曲率呈非线性变化,但分裂峰的间距与弯曲曲率呈线性变化。利用B-Ge共掺单模光纤写入的长周期光纤光栅证实了理论的正确性,且具有很好的重复性。