布里渊光时域分析传感器中光偏振控制技术的研究

普通单模光纤的布里渊光频移是光纤温度和应变的函数,可利用布里渊光时域分析(BOTDA)技术来测量光纤各点的温度、应变分布情况。但受激布里渊散射信号在光纤中存在偏振相关性问题,这会影响信号的精度和准确性。本文实验研究正交偏振控制和随机偏振控制技术抑制布里渊光时域分析系统的偏振相关性,优化BOTDA系统的检测性能。     

基于循环移频的级联式光频梳生成方法

平坦光频梳可以用于精密测控系统,基于双平行马赫曾德尔调制器与循环移频方式,设计了一种级联式平坦光频梳生成系统。该系统采用两级结构,第一级利用相位调制器产生两个具有一定频率间隔的相干光载波,作为第二级循环移频环路的两个输入种子光,每个种子光在环路中通过循环移频的方式生成一个子光梳,两个子光梳再级联成一个带宽更大的光频梳。建立了系统的理论分析模型,并用VPI软件进行了系统仿真,利用该方案可以生成104线频率间隔为12.5 GHz,平坦度为1.31 d B的光频梳。仿真结果与理论分析相符。     

熔锥光纤耦合器的温度响应

在光通信技术中,光耦合器是一类能使传输中光信号在特殊结构的耦合区发生耦合,并进行再分配的器件,本文对单模熔锥光纤耦合器的耦合比与温度的关系进行了研究,实验表明耦合器的耦合比不但对温度变化敏感,而且变化有单调性,因此,增敏后的熔锥型单模光纤耦合器是一种有潜力的光纤温度传感器。     

基于长周期光纤光栅的高灵敏度温度传感方案

长周期光纤光栅具有波长选择损耗的带阻滤波特性 .其谐振波长随光纤包层直径的减小而向长波方向漂移 .环境温度、外部折射率指数的变化会导致谐振波长位移 .由此提出一种敏感度增强的温度传感方案 .推导了长周期光纤光栅谐振波长与温度之间的关系模型 .在光纤纤芯中写入长周期光纤光栅 ,通过腐蚀方法减小其包层直径 ,随后在光栅外再涂覆聚合物包层 .用此器件测量所得温度传感特性 ,其实验结果与仿真结果基本一致。其温度灵敏度超过 5 .2 nm/℃ .     

匹配型光纤布拉格光栅波长移动解调方案设计与分析

分析了匹配型光纤布拉格光栅波长移动解调方案的基本原理,构建了光功率与波长偏移量以及光功率与轴向应变、温度变化量函数关系式,绘制了其变化曲线.为波长移动解调方案的实施奠定了理论基础.最后给出了该传感实验系统的实验结果.     

煤矿用光纤Bragg光栅火灾探测系统研究

采用特殊合金材料封装制作了光纤Bragg光栅火灾探测器,温度传感实验表明,该火灾探测器的温度灵敏度是裸光栅的1.755倍,实现了温度的增敏;应用该火灾探测器与光纤光栅波长解调仪、数据传输和控制总线、数据控制中心等设计了煤矿用光纤Bragg光栅火灾探测系统,该系统采用光纤光栅波长解调仪对由现场感温光栅反射回的光信号进行波长解调并测试波长的变化率,通过该波长变化率获知是否发生火灾。实验表明,该系统具有较高的火灾探测准确率,并能缩短报警时间。     

基于保偏光纤马赫曾德干涉结合布拉格光纤光栅的折射率传感器

为了能同时测量折射率和温度,提出了一种基于保偏光纤马赫曾德干涉仪结合布拉格光纤光栅的折射率传感器。保偏光纤在两个单模光纤之间通过错位熔接形成马赫曾德干涉仪,布拉格光纤光栅连接在马赫曾德干涉仪的输出端用作温度补偿。实验结果表明保偏光纤快轴和慢轴两个正交模式的干涉谱随着折射率的变化而变化,当折射率范围在1.3426到1.3692时,快轴和慢轴方向上的灵敏度分别为-118.38 nm/RIU和-80.02 nm/RIU。当折射率在1.3692到1.4191时,快轴和慢轴方向上的灵敏度分别为48.3 nm/RIU和25.75 nm/RIU。同时通过测量布拉格光纤光栅谐振波长的偏移量,折射率和温度能被同时测量。     

光纤Bragg光栅传感特性的实验研究

针对光纤Bragg光栅的温度和应力特性进行了实验研究。实验结果表明:光纤光栅的Bragg波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性和重复性;光栅的涂敷材料、支撑材料不会改变它的线性和重复性,但对其灵敏度有显著的影响。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

浅析温稳定多波长光纤激光器技术进展

本文主要研究了有关温稳定多波长光纤激光器的技术进展问题,对于温稳定多波长光纤激光器来说,其中最为关键的就是如何能够做到对掺杂光纤的均匀展宽效应进行抑制。一直以来,这也是一个光纤激光器研究上的难点。本文主要对近年来我国对于温稳定多波长光纤激光器的最新研究成果进行了分析,尤其是其中一些与可开关多波长光纤激光器相关的新的方法以及结构,从而希望能够对实际工作有所帮助。     

多模光纤光栅的应变传感特性

主要对多模光纤光栅的应变传感特性进行了实验研究,实验结果表明,光纤光栅的Bragg波长随轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,而且其重复性相当好。实验测得的应变灵敏度为0.0011nm/(×10-6),与理论计算值相符。这些特性与单模光纤光栅的传感特性基本相同,因此可以用多模光纤光栅代替单模光纤光栅制作光纤传感器以降低成本。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

基于布里渊散射的结构应力光纤测试技术研究

作者通过分析一定功率的脉冲光射入光纤中的布里渊散射规律,介绍了分布式光纤测量测量轴向应力的基本原理;制作实验装置,测量单独的应变模型,分析散射回来的波形图,初步了解应力在光纤布里渊散射波谱上的图像特征;将应力作用于光纤的不同位置,对比它们与无应力作用诗所得到的散射波形之间的图像差异,研究其对光脉冲在光纤传输过程中的影响规律;结果表明,应力的作用大小,作用位置的不同都会对脉冲光的传播造成影响,主要在于影响布里渊散射的斯托克斯光和反斯托克斯光;本次研究所得可以为分布式光纤测量提供参考,为分布式光纤在测量微型形变的应用中有一定的促进作用;本次研究的创新点在于使用滑轮的方法,解决同等应力在分布光纤的不同位置作用效果。     

基于GRU和XGBoost的矿压显现规律预测

采用光纤传感器监测的光纤频移值对矿压显现规律进行表征的过程中,传感器采集的数据存在缺失现象,无法准确预测矿压显现规律。针对该问题,以千秋煤矿为工程背景,在假设光纤下半部分数据丢失的前提下,引入GRU(门控循环单元)和LSTM(长短期记忆网络)2种预测模型,对缺失的光纤频移值进行对比预测,得出GRU模型的收敛速度优于LSTM模型的收敛速度,说明基于GRU模型的缺失值处理方法较优。将原始完整的光纤频移值转换为可表征矿压显现位置的光纤平均频移变化度,引入XGBoost(极端梯度提升)模型和BP神经网络模型进行对比预测,XGBoost模型能准确预测出测试集中所有出现“尖峰”的位置,而BP神经网络模型只预测出2处“尖峰”位置,说明XGBoost模型的预测效果优于BP神经网络模型的预测效果。将预测出的光纤频移缺失值替换至缺失位置,形成“完整”光纤频移值数据,将该数据转换为光纤平均频移变化度后,采用XGBoost模型进行预测。验证结果表明:LSTM模型及GRU模型均可准确预测出光纤下半部分的数据,且GRU模型准确性较LSTM模型准确性高;使用XGBoost可准确预测出测试集中出现的周期来压;通过GRU模型预测出的缺失数据经整合至缺失位置后,使用XGBoost模型仍可进行有效的矿压预测。     

光纤法珀腔声传感器理论与仿真分析研究

根据干涉原理,对基于低精细度法珀腔的光纤声传感器的敏感机理进行了理论分析,明确了采用单色光源工作时需要满足正交相位点和小信号的条件。采用ANSYS软件,对敏感声波的振膜进行了预应力振动模态和预应力谐响应有限元分析,仿真了在声波作用下振膜的振动特性,以及其频率响应特性。进一步分析了光纤法珀腔声传感器的灵敏度与材料、结构、光学、电学参量的关系,以及它的动态范围。     

基于斯托克斯向量的MOCT故障识别模型的研究

针对传统电磁电流互感器故障时因磁饱和造成继保误动或拒动现象,提出了一种磁光电流互感器（MOCT）快速识别故障发生及类型的方法。该方法以通过石榴石型MOCT的偏振光的三个斯托克斯分量作为特征量,建立支持向量机识别模型,模型核参数及惩罚参数由粒子群寻优选取。此种建模方法仅与斯托克斯分量及故障电流等级有关,与线性双折射及环境变量无关,避免了温度等外界因素对识别的干扰。试验结果表明,识别模型受温度影响小,当训练完成的识别模型工作于不同的温度条件下时,识别误差保持在2%以内。运行中的MOCT可以依靠斯托克斯分量及该模型准确识别故障电流等级,迅速判别出故障类型,精度较其他识别方法更高。     

Semi-ellipsoid microlens simulation and fabrication for enhancing optical fiber coupling efficiency

This paper demonstrates the effective coupling between a single-mode fiber (SMF) and an edge emitting laser diode (LD) using a semi-ellipsoid microlens on the SMF endface. The semi-ellipsoid microlens was fabricated using photolithography, thermal reflow, mold electroforming and polydimethylsiloxane (PDMS) injection. UV-curing glue was smeared and exposed to fasten the lens onto the fiber. This microlens allows increasing the fiber spot size and numerical aperture. Low loss, wide misalignment tolerance and low manufacturing cost could be achieved. The optical simulation-software “TracePro” was used to predict the coupling efficiency parameters for the LD to SMF. “Taguchi method” was used for the parameter design concept to improve product quality searching for the optimal lens design. The proposed method facilitates mass production to achieve a high-yield and high-coupling method that is suitable to be used in the commercial fiber transmission industry.     

均匀和线性啁啾光纤布拉格光栅对光栅耦合器型上下话路滤波器的下话路带宽的影响

在光纤耦合器的耦合区写入光纤布拉格光栅是实现全光纤型上下话路滤波器的一种有效方法.为了分析将均匀光纤布拉格光栅和线性啁啾光纤布拉格光栅分别写入光纤耦合器的耦合区时,对光纤光栅辅助失配耦合器型上下话路滤波器的下话路带宽的影响,采用波长为248nm的紫外光,在由标准单模光纤和高掺锗光敏光纤熔融拉锥制作的2×2光纤失配耦合器上分别写入均匀光纤布拉格光栅和线性啁啾光纤布拉格光栅,实验制作了均匀光纤布拉格光栅辅助失配耦合器型上下话路滤波器和线性啁啾光纤布拉格光栅辅助失配耦合器型上下话路滤波器.经测试,在下话路端口,前者的3dB带宽和20dB带宽分别约为0.1nm和0.3nm;后者的3dB带宽和20dB带宽分别约为0.8nm和2nm.实验结果与理论分析具有较好的一致性,这说明可以通过调节在光纤失配耦合器的耦合区的均匀部分写入的线性啁啾光纤布拉格光栅的啁啾量来调节所制器件的下话路带宽.     

一种新型的荧光光纤温度测量系统

介绍一种基于稀土荧光材料 (Y2 O2 S :Eu)的温度—荧光特性的光纤温度传感器。由紫外汞灯发出的波长为 36 5nm的紫外光被调制成脉冲激励光 ,通过光纤传输激发探头处的荧光材料产生荧光 ,其峰值波长分别在 5 40nm和 6 30nm附近。通过测量两个峰值荧光信号的比值得到输出与温度的关系 ,温度测量误差小于 0 .5℃。实验结果表明 ,该测温系统能够有效地消除光源不稳定及测量通道中光强变化对测量结果的影响。     

采用光滤波器的边缘检测布里渊光纤传感系统

提出了采用边缘光滤波器来测量光纤传感中布里渊频域的方案.分析了影响布里渊频移测量精度的因素,给出了布里渊频移测量精度和信噪比的关系.结果表明,在热噪声近似下,布里渊频移测量精度与热噪声、边缘光滤波器透射函数的导数及布里渊散射光信号功率有关.     

一种基于不同光谱透射比的光纤温度传感器

介绍一种基于多层介质膜干涉滤光片的不同光谱透射比随温度变化的光纤温度传感器 ,采用两个不同波长的透射光功率的比值作为传感器的输出 ,以消除光源功率波动对测量结果的影响。实验结果表明 ,该测量方法是完全可行的。     

一种测量静态磁场的光纤传感仪

所述的传感仪根据Ｍａｃｈ－ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪原理制作．传感臂和参考臂由两条单模光纤构成，传感臂的光纤上粘合了一段磁滞伸缩材料作为传感头，一个频率为ω０的偏置磁场施加于传感头上，当被测静态场与交变的偏置场共同作用于传感头时，磁滞伸缩材料所产生的纵向应变将导致光纤中的光相位发生变化，利用相位探测装置和锁相放大器就可测出未知场的大小，本系统可探测的最小静态场为１０－６（Ｏｅ／ｍ）。