光纤超声传感系统3×3耦合器输出信号的影响因素研究

光纤超声传感单位通常使用3×3耦合器作为核心干涉部件,其输出信号往往变化范围大、稳定性差,为了分析3×3耦合器输出信号产生不同现象的原因,开展了3×3耦合器输出信号的影响因素研究。应用干涉理论,分析了声信号和环境噪声对3×3耦合器输出信号稳定性的影响。数值计算结果与实验结果表明:声信号与环境噪声共同调制了干涉仪的相位,环境噪声使得3×3耦合器输出信号稳定性差;通过增大声信号幅值,使其引起的干涉仪相位幅值大于πrad,此时3×3耦合器输出信号的稳定性增强。     

基于干涉解调技术的光纤激光器水声传感系统

分析了基于Michelson干涉解调技术的光纤激光器水声传感的原理,在一段掺铒光纤中写入具有π相移的光纤光栅构成光纤激光器,水声压力作用在激光器上引起激光工作波长的变化;采用基于3×3耦合器的偏振无关的非平衡光纤Michelson干涉仪将激光波长变化转化为干涉仪的相位变化;干涉仪的输出由光电探测器转换后使用DSP进行信号解调.针对3×3耦合器分光比不对称的问题,本文提出利用实时调整幅度的2路干涉信号进行解调的方案,该方案不需要3×3耦合器有严格的分光比,消除了外界环境对解调输出的非线性影响.水声探测实验表明,光纤激光器水声传感系统的声压灵敏度为-166.5 dB(参考值1 rad/μPa),解调结果与水声信号具有良好的线性关系.     

光纤干涉仪相位解调方法的研究

相位解调在光纤干涉仪应用中具有十分重要的地位,直接影响干涉仪的相位测量精度。本文通过研究相位载波解调（PGC）与3×3耦合器解调这两种方法,发现在一定对称性条件下,3×3耦合器解调具有更大的优势。     

利用三个3×3耦合器串连构成干涉型三波长波分复用器

针对三通道波分复用技术,本文提出了一种利用三个3×3光纤耦合器级联细成的全光纤Mach-Zehnder干涉仪型三波分复用器,运用光纤传输理论和矩阵理论,得到光谱的输出表迭式.通过数值模拟分析了各3×3耦合器耦合比和光纤臂长差对该三波分复用器的影响,并进行了实验.结果表明,当组成的全光纤 Mach-Zehnder干涉仪型三波分复用器的三条光纤干涉臂两两之间分别存在长度差△L和2△L时,在耦合器分光比取一些定值时即可实现三波分复用功能,三端口输出谱线理想,波长间隔仅仅取决于△L的大小,且该器件的输出谱线对耦合器的耦合比不太敏感.实验样品采用的波段为1.55μm,波长复用间隔为0.8 nm,实验所得的结果与理论相吻合.     

全保偏光纤直流磁场传感系统

采用保偏光纤耦合器和偏振器搭建了马赫-曾德尔型光纤干涉仪。在传感臂中接入铽镝铁材料被覆保偏光纤结构的光纤磁传感探头,在参考臂中接入保偏光纤PZT相位调制器进行工作点控制,得到了全保偏结构的光纤直流磁传感系统。该系统抑制了偏振诱导的信号衰落,实现了稳定的直流磁场信号检测。实验得到了系统对0.75mT~60mT的外加直流磁场响应特性,结果表明,该直流磁场传感系统的线性度达到了0.997,最小可检测的直流磁场达到3.4×10-6T。     

四级方向耦合器组成的全光纤波长交错滤波器

提出了一种由两个2×2和两个3×3光纤耦合器级联细成的全光纤Mach-Zehnder干涉仪型波长交错滤波器,由光纤传输理论,得到光谱的输出表达式.分析结果表明:组成滤波器干涉臂的第三对臂长差为第一对臂长差的2倍时,耦合器分光比取一些定值可得到输出波形通带平坦、透射率形态近似于方波的波长交错滤波器,谱线峰问的波长间隔约1.6 nm.通过实验所得的结果与理论相吻合.     

基于光纤干涉仪的振动测量技术

本文介绍了基于光纤Mach-Zchndcr干涉仪的振动测量系统,用线阵CCD测量条纹动态位移,实现了光纤干涉条纹图像的连续采集.针对干涉条纹图像噪声的特点完成了低通滤波器的设计、图像的平滑处理,消除了干涉条纹中心的定位误差.文章绘制了干涉条纹位移曲线并对其进行了离散傅里叶变换,给出了所测振动的频谱特性.最后讨论了测量系统的灵敏度以及影响测量精度的因素,为了能够辨别条纹的移动方向,指出了条纹最大允许的移动速度限制,给出了实验结果.     

光纤位移干涉仪测高速漫反射面速度误差分析

首次从理论上分析基于单模光纤的位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的相位误差,包括来源和大小及其与系统各参量的关系.计算了光束从光纤出射,经漫反射面反射,再耦合进单模光纤的光场表达式.结果表明,相位误差的来源包括两部分:光束传输衍射效应及漫反射面表面的随机相位特性.由相位误差引起的位移和速度相对误差都在10-6量级,并且同时采用VISAR和光纤位移干涉仪来测量爆轰加载下铜飞片的速度轨迹.实验结果表明,单模光纤位移干涉仪的实际测量精度可以和VISAR相当,证明了单模光纤位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的可行性.     

单模光纤耦合器应变特性实验研究

根据单模光纤耦合器的输出功率的比值对耦合区长度变化敏感的特点,采用螺旋测微仪对光纤耦合器的应变特性进行研究,避免了悬臂梁结构自重、梁的振动等不可控因素对测量结果的影响,有效提高了测量精度;同时对单模光纤耦合器的温度稳定性和横向抗干扰能力进行了讨论.实验证明,熔融拉锥式单模光纤耦合器不但具有应力敏感性,而且随应变呈线性单调变化,同时具有较好的温度稳定性和横向抗干扰性.     

基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统北大核心CSCD

为解决传统分离镜组式干涉仪体积较大,无法在空间受限的环境条件下应用的问题,开展了全光纤F-P干涉位移测量技术研究。根据干涉原理分析了不同反射率条件对干涉信号形式的影响,计算得出:当反射率为4%时,多光束干涉的光强信号将近似为正弦函数,并利用有限元仿真对位移测量原理进行验证。设计搭建了基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统。实验结果表明:该系统在1 min内静态噪声电压标准差为23.3 mV;在1 mm位移范围内,该系统与XL-80激光干涉仪的测量结果呈现高度线性关系,线性相关系数R 2为1,且该系统位移测量重复性优于XL-80激光干涉仪。