基于非对称F-P滤波器的光纤光栅解调技术

介绍了利用非对称光纤Fabry-Pérot（F-P）腔作为边沿滤波器的光纤光栅波长移位检测方案。基于薄膜干涉理论对该非对称F?蛳P腔的反射率响应关系进行计算与分析，得出该F-P腔的结构参数，改善了普通F?蛳P腔的反射特性，具有线性范围宽和线性度好的优点。利用该F-P腔的某一线性滤波边缘,将传感光栅的波长信息转化为功率信息进行检测，可完成光纤光栅的传感波长解调。采用该检测方案进行了光纤光栅应变传感实验,实现了在7 nm范围内的波长线性解调,测量波长分辨率为0.01 nm。     

基于掺铒光纤环形滤波器和多模光纤光栅的双波长激光器

提出了基于掺铒光纤环形滤波器和多模光纤光栅的双波长激光器。在单波长光纤激光器的基础上,增加了多模光纤布拉格光栅(MM-FBG)和高精细度的光纤滤波器。其中多模光纤布拉格光栅作为激光器的波长选择元件,可产生两个波长的激光输出。高精细度的光纤滤波器由两个光耦合器和一段弱泵浦的掺铒光纤构成,掺铒光纤产生的增益和光纤时延使滤波器具有高精细度的梳状谱响应,从而抑制了激光器产生的不需要模式,保证了输出的激光具有窄线宽特性。以980 nm的激光二极管(LD)作为泵源,得到了线宽为0.07 nm或0.08 nm的双波长输出,表明滤波器具有良好的滤波效果。     

高初始分辨率的光纤光栅横向负载传感

要提出了一种对光纤布拉格光栅(FBG)在横向斥力负载条件下的谐振波长分裂进行高灵敏检测的方案，并进行了实验研究。采用偏振分束器和偏振无关的光纤迈克耳逊干涉仪组成检测系统，利用相位调制技术．将光纤布拉格光栅的谐振波长分裂的检测转化为相位差的测量，从而大大提高光纤光栅横向压力负载传感的初始分辨率。利用该系统进行横向斥力负载传感实验，得到0．025N／mm横向负载初始分辨能力。     

光纤布拉格光栅和长周期光栅传感器对油气井下应力和温度的同时测量

本文报导了用光纤布拉格光栅和长周期光栅结合的传感器系统对油气井下应力和测试实现同时在线检测。实验中用一宽带半导体激光器驱动一损耗中心波长为λＬＰ＝１５５０ｎｍ的长周期光栅和两个反射中心波长分别为λＢ１＝１５４０ｎｍ和λＢ３＝１５６０ｎｍ的光纤布拉格光栅。信息处理部分采用光纤平面法－珀滤波器进行波长扫描测量。     

光纤布拉格光栅耦合器型窄带上下话路滤波器的数值分析

从麦克斯韦方程组出发,通过将光纤波导扰动和光栅折射率调制扰动效应转换成等效的耦合系数,推导出光纤布拉格光栅耦合器的统一特征方程。采用打靶法并结合朗格-库塔(Runge-Kutta)数值积分对两种光纤布拉格光栅耦合器型上下话路滤波器的传输特性进行了详细的分析。结果表明,对于光栅破坏耦合器,利用光栅引入的强色散效应,滤波器的波长选择能力得到极大的提高,低于1 nm的带宽能够满足波分复用(WDM)系统的需求,并且当光栅调制的等效耦合远远超过两光纤消逝场间的耦合效率时,不仅有效地抑制了反射信号,使满足布拉格匹配条件的信号透射输出,还消除了旁瓣纹波;而对于光栅辅助耦合器,其非干涉本质使得器件性能更加稳定,并可通过调整光栅长度进一步改善滤波响应。     

基于DSP的光纤光栅解调系统的设计

阐述了利用匹配光纤光栅闭环跟踪测量传感光纤光栅布拉格波长的方法．给出了基于高速数字信号处理器（DSP）的光纤光栅波长解调系统的实现方案,该方案利用一种特殊结构的悬臂梁和两个并联二次反射匹配解调光栅的方法来实现光纤布拉格光栅（FBG）传感器的高精度大范围应变传感解调,并通过特殊悬臂梁提高了解调光栅的敏感度;同时利用并联方式并选择两个合适的匹配光栅中心波长来增大可检测的应变范围,同时解决了双值问题。     

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。     

基于四并联光栅匹配滤波解调系统的研究

为了实现高精度大范围应变传感信号的测量并解决单光栅匹配滤波解调系统存在的严重双值问题,基于光纤布拉格光栅匹配解调原理,设计了一种新型的光纤光栅匹配解调系统。通过将四个中心波长与传感光栅中心波长相匹配的解调光栅两两并联,并对其二次反射的传感光信号进行分析,得到了应变与光电探测器探测到的光功率之间的对应关系,建立了理论模型并进行了系统仿真。仿真结果表明该方案切实可行,不仅可以解决双值问题并且可以同时检测正负应变,在不添加驱动装置的情况下其传感测量范围可达952με。     

FIR滤波法改善光纤布喇格光栅传感系统性能

光纤光栅的波长移位检测是光纤光栅传感实用化的关键技术之一.现有的波长检测方法其波长探测精度受到光噪声及有害干涉信号的限制.采用可调谐窄带光源法实现波长检测,并使用数字滤波器技术降低系统中的有害干涉信号.数值模拟结果和实验结果表明,在光纤布拉格光栅传感系统的波长检测过程中采用FIR滤波器可提高系统信噪比和波长测量精度,有效改善系统性能.     

基于分组测量和边沿滤波的大容量光纤光栅快速传感系统

应用分组测量和边沿滤波实现了大容量光纤布拉格光栅(FBG)快速传感系统的设计。在传统的时分复用光纤光栅传感系统中对传感光栅按位置进行分组,然后按组分别进行测量,避免了单次测量中探测器动态范围的限制,对其进行重复利用,延长了系统的测量距离;同时利用边沿滤波法实现了快速的波长解调,能够在一次测量中解调出该分组所有光栅的波长信号,大幅加快了系统的测量速度,有利于实现更高的扫描频率。实验结果表明,本系统在温度传感测试中获得了0.9913的解调线性度,误差在1.36℃以内。     

MZI-based wavelength interrogation system with tunable-FBG

We proposed a scheme of fiber Bragg grating (FBG) sensor interrogation system based on all fiber Mach-Zehnder Interfer- ometer (MZI) edge filter and tunable-FBG. The equal power signals from FBG sensor and tunable FBG are coupled into port 1 and port 2 of MZI respectively. The experimental results show that the interrogation precision of the proposed system is 0.02 nm in a range of 1nm. Furthermore, the precision can be improved by adjusting the two interference arms of the filter.     

利用高双折射光纤环镜的边缘滤波解调方法

利用由高双折射光纤所构成的Sagnac环镜作为边缘滤波器，解调制布拉格光纤光栅(FBG)传感探头所返回信号光的频率漂移，提出了一种新颖的FBG传感解调制方法。环镜滤波器具有大约6nm的准线性解调制范围。实验结果和理论分析相吻合。     

一种新颖的宽带可调光纤光栅滤波器

分析了光纤光栅（FBG）调谐的基本原理,进而采用新颖的调谐结构,设计并实现了一种宽带可调谐的FBG滤波器。该滤波器仅用1支FBG制做而成,其波长调谐范围最高可达40nm。实验结果表明,该FBG滤波器的调谐波长与调谐步进位移量之间具有良好的二次曲线关系。     

基于温度补偿高双折射光纤环镜的边缘滤波解调方法

提出了一种光纤光栅传感解调新方法。系统由1个3dB耦合器、1个传感光纤布喇格光栅、1个双折射光纤环镜和1个探测器构成,高双折射光纤环镜作为边缘滤波器。光纤光栅波长的线性解调带宽为3．6nm。对双折射光纤环镜的温度补偿进行了实验研究,实验表明,封装的高双折射光纤环镜能够补偿高双折射光纤环镜的温度漂移。补偿前的高双折射光纤环镜波长随温度漂移为2．3nm／℃,补偿后的双折射光纤环镜波长随温度漂移为0．005nm／℃,远小于未补偿的双折射光纤环镜波长随温度漂移。     

Linear edge and temperature characteristic of tilted fiber Bragg gratings cladding-mode envelope

In this paper, a system of linear edge filter demodulation based on weakly tilted fiber Bragg gratings in fiber sensor was proposed. The linear edge of the cladding-mode envelope and temperature characteristic between cladding modes and core mode of tilted fiber Bragg grating (TFBG) were experimentally investigated. The results show that falling edge (1505–1535 nm) and rising edge (1545–1565 nm) of the cladding-mode envelope is approximately linear and can be used as an edge filter. Moreover, the temperature characteristics of the core mode and cladding modes are similar to FBG’s. It can dynamically compensate the temperature induced wavelength shift of the FBG and the effect of temperature on the demodulated sensing signals is minimized. The advantages of this simple system are an all-fiber design, quasi static and dynamic operation, high stability and lower cost.     

光纤光栅传感器阵列化与温度补偿研究

利用啁啾光纤Bragg光栅（FBG）反射和长周期FBG边沿滤波，提出并实现了一种综合的FBG传感快速解调方案。封装1对FBG进行应变差动传感、同时消除温度影响，不增加波长资源占用并使应变灵敏度得到有效提高，温度影响在很大范围内几乎为0。在全光纤化解调温度补偿型传感的基础上，研究了两路时分复用的设计方法，给出了时分链路间延迟光纤与光脉冲和解调端时分选通门的关系，实验结果与理论分析吻合。     

基于实时校准技术的光纤光栅传感解调系统

报道了一种采用实时校准技术的数字化光纤光栅传感解调方案。解调系统利用锯齿波电压信号和数字相位同步信号控制可调谐光纤法布里一珀罗(TFFP)滤波器，对光纤光栅传感器阵列进行扫描式寻址，同时采用非测量环境中的参考光栅和数字温度计提供精确的参考波长，并由高速数字信号处理器(DSP)实时校准滤波器的波长读取值，很好地消除了滤波器渊谐的温度漂移、非线性和蠕动性引起的测量误差。结果表明，实验系统的波长寻址范围为1520～1570nm，扫描频率为100Hz，波长测量分辨率为5pm，应变测量分辨率为4．13με。     

改变光栅折射率实现双波长采样光栅的方法

提出了一种新的基于采样光纤布拉格光栅(FBG)的双峰(DW)滤波器实现方法。通过改变采样之间的直流折射率,在FBG中引入相移;利用占空比为1的余弦函数采样,抑制除±1级以外的所有波长通道。该设计制作方法具有波长设计灵活、制作精度要求低与成本低的优点。对均匀直流相移光栅、采样直流相移光栅与传统离散相移光栅进行了比较与实验制作,结果与理论相吻合。实现了波长间隔为0.08 nm的DW滤波器,证明了该方法的可行性。     

基于扫描激光器和光放大的100 km光纤布拉格光栅传感系统

提出了对基于扫描激光器的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统进行掺铒光纤(EDF)/双波拉曼混合放大的方法,大幅度提高了该光纤布拉格光栅传感系统的传输距离。该方法以高功率扫描激光器作为光源,采用双波长拉曼放大的方法对信号进行低噪声双向放大,再利用系统中间的两段掺铒光纤,将剩余的拉曼抽运功率用来产生自发辐射光和放大传感信号,使得整个系统能在超长的传感距离上获得良好的信噪比(SNR)。实验表明使用一台扫描激光传感分析仪、一只170mW的拉曼抽运和一只2W的拉曼抽运,可以使传感距离达到100km以上,并且传感系统的光纤布拉格光栅反射信号均能获得超过7dB的良好信噪比,从而实现在超长距离上的光纤布拉格光栅传感。     

基于可调谐FP滤波器的光纤光栅解调系统

为了进一步提高光纤光栅解调系统的性能,提出和研究了一种新颖的基于可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器的光纤光栅解调技术,并以此为基础构建了探测系统。系统使用一个固定波长的参考光纤光栅作为波长参考元件,通过对传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长测量与差值运算,消除了可调谐FP滤波器腔长漂移对测量精度的影响。给出压电陶瓷电压对应的伸长量,有效地减小了压电陶瓷非线性对测量的影响,提高了光纤光栅波长的测量精度。在测量范围内,最大非线性偏差为0.5%。