基于光纤光栅斯托克斯参量的压力传感测量研究

利用光纤光栅的偏振特性感知外界参量变化是光纤光栅传感的新研究热点。提出利用光纤光栅第一斯托克斯参量s1感知外界压力的新方法。推导了光纤光栅压力所致线双折射和s1参量的关系,建立了压力、线双折射和s1参量三者之间的关系模型,分析了线偏振光入射角度对s1参量的影响。仿真表明,偏振光入射角度影响s1曲线的基准值,同时也影响左右波长测量点的对称性和线性度。利用光纤光栅和高速在线检偏器搭建了实时压力测量系统,测量了不同偏振光入射角度下s1参量受压力所致线双折射的影响曲线,验证了理论仿真结果。     

基于琼斯矩阵奇异值分解的旋转双折射光纤偏振特性测量

本文根据旋转线双折射光纤中偏振态演变的基本理论,提出一种通过对测量系统琼斯矩阵的奇异值分解,得到待测旋转光纤中偏振本征态椭圆度大小和稳定性的方法。对自制的旋转线双折射光纤的偏振特性进行了实验测量,实验结果与电流传感器的测量结果基本一致。本文提出的测量方法为研究旋转线双折射光纤的偏振性能提供了一种简便可行的途径,可用于提高旋转线双折射光纤的工艺水平和光纤电流传感器的稳定性。     

基于保偏光纤的高精度光纤光栅传感解调方案

提出一种基于线偏振光干涉原理的无源波长解调系统.在普通光纤环镜中引入双折射效应.光纤环镜的反射(透射)光强足耦合器分光比K、温度t、保偏光纤长度L和两端偏振方向夹角的函数.在单调区间内反射(透射)光强与t存在对应关系.通过测定光强口可求得t.利用矩阵光学原理建立理论模型,研究了保偏光纤长度、耦合器耦合系数、偏振光入射夹角对光纤环镜(FLM)反射(透射)光强与入射光波长关系影响的特性,设计了基于保偏光纤环镜的分辨率可控的干涉型解调仪.用自制光纤光栅作为传感头监测温度变化,数据显示该系统对温度的测量平均精度可达0.03℃,准确度±0.1℃.     

基于偏振相关损耗测量磁场的高精度方法

为提高测量精度,提出了一种利用光纤光栅测量磁场的方法.依据磁场与光纤光栅偏振相关损耗成正比的理论,运用正交共轭反射镜来消除线性双折射,以Muller矩阵为基本方法,设计磁场测量原理图.数值仿真表明,通过正交共轭反射镜可以大幅度减少测量过程中的线性双折射,从而提高磁场的测量精度.     

用于全光纤电流传感器的扭转高双折射光纤设计

传感光纤中的残余线性双折射、温度和振动敏感性严重影响着Sagnac 式全光纤电流传感器的精度。设计了一种可用于全光纤电流传感器的扭转高双折射光纤,该光纤由两端变速率扭转部分和中间匀速率扭转部分组成。其中,变速扭转部分能实现线偏振光和圆偏振光之间的相互转化,具有/4 波片功能;匀速扭转部分,具有较小的光纤固有线性双折射和圆保偏功能,从而可更为精确地感应法拉第效应。将这种扭转高双折射光纤绕制成特殊结构传感光纤环, 解决了Sagnac 效应以及电流导体位置对全光纤电流传感器测量结果的影响。理论上建立了扭转高双折射光纤的耦合模方程,模拟了线偏振光入射该光纤时光波偏振状态演化情况。在此基础上设计一种新型的抗振型Sagnac 式电流传感器。     

传感器用特种光纤

本文较全面地介绍了用于光纤传感器的各种光纤,开发传感器用特种光纤的主要技术途径,制作工艺及传感特性.它包括声学敏感光纤、磁敏光纤、低双折射光纤、圆双折射光纤、椭圆双折射光纤、线性双折射光纤、保偏光纤、偏振光纤、稀土离子掺杂光纤及特种材料多组份光纤及光纤光栅等.     

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。     

传感器特种光纤

本文较全面地介绍了用于光纤传感器的各种光纤,开发传感器特种光纤的主要技术途径,制作工艺及传感特性。它包括声学敏感光纤、磁敏光纤、低双折射光纤、圆双折射光纤、椭圆双折射光纤、线性双折射光纤、保偏光纤、偏振光纤、稀土离子掺杂光纤及特种材料多组份光纤及光纤光栅等。     

基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器

在分析光纤光栅传感原理的基础上,设计了一种基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器.先将一根光纤光栅粘贴在超磁致伸缩材料上;为补偿温度对磁场测量光纤光栅传感器的影响,再将另一根光纤光栅的一端固定在有机玻璃上并保持自由状态.对设计的传感器进行温度和磁场强度响应特性实验,在0~40℃的范围内,磁场测量和温度补偿光纤光栅的温度灵敏度分别为22和9.9pm/℃.在0-1200×10^-4 T范围内,传感器的磁场强度检测灵敏度约为1pm/1×10^-4 T,分辨率为1×10^-4 T,线性度为0.9963,稳定性约为±3×10^-4 T,为弱磁场的测量提供了一种新方法.     

光纤主轴方位角对光纤电流传感器的影响

为提高光纤电流传感器的标度因数稳定性,从传感光纤与光纤1/4波片熔接时的方位角出发,研究了方位角的优化对光纤内线性双折射变化的抑制作用,指出了现有方位角优化方法中忽略的因素旋光角,并结合旋光角这一变量建立了更加精确的琼斯矩阵模型。仿真分析了在不同方位角与旋光角条件下,线性双折射对标度因数稳定性的影响。通过仿真结果的对比发现,在考虑旋光角之后,现有算法的方位角优化值误差较大;还发现在特定的旋光角条件下,线性双折射的变化对标度因数无影响。基于此提出了方位角与旋光角的综合优化方法,降低了对光纤制造工艺的要求,有效提高了系统标度因数的稳定性。     

基于单平行分束器的偏光干涉系统

为了克服常规偏光干涉系统中核心器件萨瓦板(Savart)偏光镜制作工艺复杂、装调难度高的缺点,解决由于Savart偏光镜装调、加工误差造成的偏光干涉系统条纹混叠和调制度下降的问题,采用了一种基于单平行分束器(SPBS)的偏光干涉系统的方法,分析了系统的结构原理,采用矩阵传递函数推导了经偏光干涉系统出射光的琼斯矩阵及相干叠加强度,得出了和基于Savart偏光镜的干涉系统类似的干涉结果,分析了系统光程差与入射角及入射面的变化关系,并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明,由于SPBS结构简单,不需要多个单元组合,所以不存在装调误差,并且大幅度降低了加工误差。     

可控频率差的双频激光器的研究

传统的可控频率差的双频激光器是基于双折射效应来实现的,研究了S偏振光和P偏振光在全内反射和减反射薄膜的相位特性,提出基于双全内反射和倾斜减反射膜的相移之间的差别来实现可控双频激光。通过调节入射角的大小或设计不同的薄膜结构来控制双频激光器的频率差。最后在实验中发现,氦氖激光器的硬封接的透射窗存在较大的残余热应力双折射,可产生不可控却稳定的残余热应力双折射,用于制作频率差为中频的双频激光器。     

两种类型的光学电流传感头的灵敏度比较

为了对块状和点式两种典型结构的传感头的灵敏度进行比较,采用矩阵光学的方法,对影响传感头灵敏度的诸因素如线性双折射、加工角差、正交反射间垂直小段的椭偏等进行了分析,推导了块状传感头中垂直小段的椭偏单独作用时对灵敏度影响的解析式,并对各因素同时作用时的灵敏度校正因子进行了定量仿真分析。结果表明,影响灵敏度最关键的因素是材料的线性双折射。单位长度内的线性双折射增加时,点式传感头灵敏度变化不大;且当其超过一定值时,点式具有比块状更高的灵敏度。     

入射角对含钴氧化铝膜红外偏振光谱特性研究

为了研究入射角度对含钴阳极氧化铝膜近红外偏振光谱特性的影响,采用阳极氧化的方法制备了阳极氧化铝膜,向其孔中镀入了钴,然后利用UV-3101PC型分光光度计对其进行了透射光谱测试,并在入射角分别为30和45时测试了其偏振光谱。结果表明,这种含钴阳极氧化铝膜在近红外波段具有良好的透射率和消光比,且消光比随着入射角的增大而显著提高。     

BGO晶体固有线性双折射及其温度特性的定量研究

BGO晶体的固有线性双折射及其温度特性严重制约着光学电压互感器(OVT)的实用化进程,对其进行定量研究有助于提高和改进OVT的性能。文中提出了一种晶体劈干涉条纹图像法,通过测量干涉条纹的移动实现对BGO晶体内部固有线性双折射及其温度特性的准确测量。文中采用琼斯矩阵对测量原理进行了推导,并给出了测量实例和验证结果。结果表明,单位长度的BGO晶体固有线性双折射会给OVT带来约1.0%的测量误差;考虑温度特性,误差约为1.2%,对于OVT必须具备0.2%的测量准确度是一个严重挑战。文中提出的方法与传统的光强法比较,不受光源功率波动的影响,在测量过程中无需调节光学元件,不会引入额外的误差,测量准确度提高了约一个数量级。     

Research on the characteristics of a twisted high birefringence fiber grating

In recent years ,the demand of the project survey grewincreasingly,sothetorsionsensor has obtainedextensiveattention.But the related studies about optical fiber tor-sionsensor are veryfewinthe domestic andforeign[1-3].Inthe traditional torsion sensor we p…     

光纤非线性偏振不稳定性的研究

光纤中的交叉相位调制将导致非线性双折射,从而引起偏振不稳定性。研究了光纤中线偏振光的入射角度与非线性双折射拍长的关系, 得出了入射偏振光接近快轴时,非线性使双折射增强,拍长变短的结论。这一结果与文献［２］ 的理论相反     

双洛匈棱镜的设计及性能分析

设计了一种新型偏光分束棱镜：双洛匈棱镜。给出了双洛匈棱镜分束角的精确表达式,并从理论上分析了分束角随棱镜结构角和入射光光波波长的变化关系,以及棱镜的光强分束比。结果表明：对于确定的单色光,分束角随结构角的增大而增大;对于确定的结构角,分束角则随入射光波长的增加而减小：棱镜的光强分束比近似为1。与常规洛匈棱镜的分束角比较...     

单轴双折射滤光片温度不敏感性的研究

为了研究单轴晶体铌酸锂双折射滤光片的温度特性,采用计算机进行数值理论分析,讨论了入射光方向上铌酸锂晶体双折射率和厚度随温度变化的关系,并利用Ultra-6600系列紫外-可见分光光度计对铌酸锂滤光片进行了光谱测量和实验验证。结果表明,在不同波段的滤波带宽,可以找到某些特定的入射角度,使滤光片的中心波长不随温度变化而变化,双折射滤光片温度的稳定性可以保持。此结果说明,可以通过调节入射光方向来提高滤光片的温度稳定性和使用精度。     

基于光栅波导共振耦合的传感器特性研究

该文设计了一种基于光栅波导共振角耦合的生物传感器,通过光栅波导模式谱变化检测传感器表面有效折射率变化的方式,实现了传感器表面附着物的精确检测。并在平板介质光波导理论基础上,推导了三、四层结构理论模型,实验得到了入射角与检测溶液折射率及入射角与分子膜层厚度间的变化关系。结果表明,光栅波导共振角耦合生物传感器入射角与待测溶液折射率存在良好的线性关系,并具有较高灵敏度,精度可达0.01(°)/nm。通过该方法制作出无标记的生物传感器,能广泛应用于生物分子检测,尤其适合蛋白质分子生物检测。