基于双锥形光子晶体光纤的折射率传感器

设计了一种基于光子晶体光纤的双锥形马赫-曾德尔干涉仪,并对其折射率传感特性进行了研究。在FDTD Solutions光学仿真平台中建立了干涉仪结构模型,研究了该结构的透射光谱对环境折射率的响应。仿真结果表明,透射光谱随环境折射率的增加发生红移,灵敏度为95.906nm/RIU。利用熔接与拉锥工艺制备了干涉仪样品,搭建了实验系统,在不同浓度甘油溶液中对其透射谱进行了检测,实验结果表明,折射率在1.3222~1.3538范围内,透射谱偏移灵敏度为121.95nm/RIU。该传感器具有体积小、重量轻、易于制备、灵敏度高等优点,适用于生化和物理传感领域。     

基于光纤环形激光器的传感技术研究与应用

基于光纤环形激光器的新一代光纤传感系统通过解调激光波长偏移来检测外界参量变化,得利于激光光谱窄线宽及高信噪比的特性,可实现高分辨率、高灵敏度、大动态范围的传感监测。文章介绍了包括基于光纤光栅、迈克尔逊干涉仪、法布里-珀罗腔、萨格奈克环以及马赫-曾德尔干涉仪等多种结构的光纤传感器工作原理,以及进一步构成光纤环形激光传感器的特性和多种应用案例,并对未来该领域的关键技术发展进行了分析。     

基于扩径光纤锥马赫曾德尔干涉仪的位移传感

以直线形光纤马赫曾德尔干涉仪作为滤波器件,掺铒光纤作为增益介质的环行腔光纤激光器实现位移传感。构成该马赫曾德尔干涉仪的扩径光纤锥由光纤熔接机制作而成。随着两个应力调节支架距离的减小,干涉仪发生弯曲,输出的波峰向短波长方向移动,最大敏感度为4.49 nm/mm,消光比大于50 dB。扩径光纤锥的引入使得光纤在弯曲时能够保持基本一致的弯曲度,并且相比其他结构强度更高,不容易发生断裂。同时,该结构的制作所需材料便宜,制作过程简便,有利于工程应用。     

基于多模细锥级联的MZI液体折射率传感器

基于Mach-Zehnder干涉仪原理,结合光纤熔锥技术,设计并制作了一种结构为细锥-多模-细锥的液体折射率传感器。光经第一个多模细锥节点时,将在后面的多模光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模,不同的模式有不同的模式折射率;再经中间多模光纤部分传输时,不同模式光之间将产生光程差;最后在第二个多模细锥节点处耦合而干涉。对该传感器输出干涉光谱中干涉谷波长随外界溶液折射率变化的规律进行了理论分析和实验研究。实验结果表明,溶液折射率变化范围为1.379~1.402时,干涉谱中1 566.68 nm附近的干涉谷波长与溶液折射率有单调递增的变化关系,对应的灵敏度为783 nm/RIU。该传感器制作简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高,在生物医学领域有较好的应用前景。     

金属基底增敏的干涉型高温光纤传感器

为了实现对井下潜油电泵机组温度的实时监测,设计了一种由粗锥型单模--多模--单模(Coarse Cone Singlemode-Multimode-Singlemode, CCSMS)构成的马赫--曾德尔干涉(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)型高温光纤传感器。该结构采用直接熔接的方法将单模光纤与多模光纤相熔接;接着通过调整熔接机的熔接参数,在单模光纤上制作出粗锥结构;最后将制备的结构嵌入铜基板的U型槽中,实现传感器的增敏封装。对封装后的传感器的温度响应特性进行了测试。实验结果表明,在40～250℃的温度范围内,该传感器实现了灵敏度为124.9 pm/℃的温度传感。对其稳定性和重复性进行了测试。结果表明,传感器的稳定性最大误差约为0.44%,重复性最大误差约为2.29 pm/℃。该传感器具有灵敏度高、重复性和稳定性好的特点,有望用于油气井下潜油电泵机组的温度监测。     

光纤激光传感器结构发展综述

光纤激光传感技术是光纤传感技术中的重要组成部分。首先介绍了光纤激光传感技术的原理,然后分析了基于单一结构和双结构的10种光纤激光传感器的原理和特性,并对比了2种传感结构的应用情况和温度灵敏度,最后从解调方式、多参量测量以及提升检测范围等3个方面对光纤激光传感技术进行了总结和展望。     

基于单模异芯光纤结构的液位传感器

提出了一种新颖的光纤液位传感器。在普通单模光纤(SMF)中间熔接一段细芯单模光纤(TCSMF),构成共轴光纤马赫曾德尔干涉仪(MZI)。液位的变化引起包层模与芯模的相位差发生改变,从而导致干涉仪的透射光谱发生改变。对传感器的工作原理和测量灵敏度及精度进行了理论分析,实验结果显示透射光谱中特征峰波长漂移量跟液位变化量呈较好的线性关系,且灵敏度随待测液体折射率的增大而增高,与理论分析结果相一致。测量得到纯水和饱和氯化钠溶液的测量灵敏度分别为0.160 nm/mm和0.228 nm/mm。该传感器采用全光纤结构,制备简单、测量精度高,可适用于折射率低于光纤包层折射率液体的高精度液位测量。     

利用光纤马赫曾德尔干涉仪实现的光学双稳性研究

以光纤马赫曾德尔干涉仪作为光强度调制器件,通过光纤耦合器构造光电反馈回路搭建了一种新型电光混合型光学双稳装置。对光学双稳原理进行了研究分析,用图解法形象地解释了双稳工作原理,并且通过在实验中改变该器件的输入光强实现了光学双稳态,得到的光学双稳现象显著,双稳工作状态稳定。该器件有诸多重要应用,如工作在稳态区域时可用做光纤激光功率稳定器,工作在开关区域时可用作光开光、光路由器。     

用于应力传感的双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪

将一根单模双芯光纤(TCF)熔接在两根单模光纤(SMF)间,实验制得双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型梳状滤波器。用干涉原理分析了器件的传输谱相邻峰值的波长间隔与波长、TCF长度和两纤芯间有效折射率差的关系。结果表明,在滤波器梳状传输谱中的某中心波长处,相邻峰值的波长间隔与该中心波长的平方成正比,与TCF长度和两纤芯间有效折射率差的乘积成反比。实验检测了所制器件的应力特性,结果表明在轴向微应力的作用下,器件的传输谱向短波长方向移动,且微应力敏感度为-0.64 pm/με。     

基于纺锤型空气腔的光纤马赫-曾德尔折射率传感器

设计了一种基于光纤纺锤型空气腔的三明治结构全光纤马赫-曾德尔折射率传感器。纺锤型空气腔是通过普通单模光纤和光子晶体光纤熔接后再拉锥形成的。锥区的纺锤型空气腔和包层分别作为参考臂和传感臂,从而形成马赫-曾德尔干涉。基于FDTD Solutions和COMSOL仿真软件分别对传感器的干涉条纹及锥区电场分布进行了仿真,得到了折射率传感器干涉条纹波谷波长和有效折射率与环境折射率的关系。当环境折射率为1.36~1.37和1.37~1.38时,灵敏度分别为1 377.6和1 436nm/RIU。此传感器具有极短的干涉臂,能够降低损耗,且具有较高的折射率灵敏度。     

基于微管腔的光纤激光盐度传感研究

基于光学无源方案的光纤盐度传感器中光与物质的相互作用长度受限,且通常需要 单独的流体通道设计,增加了检测复杂度,为此提出了一种基于薄壁微管腔和环腔结构的 光纤激光盐度传感器。将薄壁微管腔作为盐度敏感单元和光滤波器,与掺铒光纤相接构成 光纤环形谐振腔。通过拉锥光纤耦合在薄壁微管腔激发出回音壁谐振模,其中心波长与盐 度线性对应,实现薄壁微管腔内溶液盐度的传感测量。与无增益的微管腔透射谱相比,激 光可以提供具有更高信噪比和更窄线宽的传感信号。实验结果表明,在0‰—45‰盐度范围 内,提出的光纤激光盐度传感器的传 感灵敏度为36.5 pm/‰,线性 度达到0.999,盐度测 量误差小于±0.751‰,最小探测极限为0.485‰,且不需要额外的流体测量通道,有望成为海洋盐度探测的 有力工具。     

采用F-P光纤环滤波器的窄线宽环形腔光纤激光器

提出了一种采用F-P光纤环滤波器的窄线宽环形腔激光器,该激光器采用环形腔结构,两个耦合比为30:70的耦合器和一段2 m长的未泵浦掺铒光纤构成F-P光纤环滤波器,F-P光纤环滤波器产生的梳状谱,可以增大激光模式之间的自由光谱范围（FSR）,在一定程度上减小跳模现象的发生,有利于模式的稳定。研究表明,通过对掺铒光纤的优化和耦合器的选择可以提高F-P光纤环滤波器的精细度,而F-P光纤环中的未泵浦掺铒光纤起到饱和吸收体的作用,使输出激光的线宽得到有效压缩。将保偏光纤光栅和F-P光纤环滤波器共同应用于环形腔掺铒光纤激光器,在室温下得到了3 dB线宽均小于0.07 nm（实验室光谱仪最小分辨率）的窄线宽双波长输出。在2 h的观测时间内,最大峰值功率波动小于0.4 dB,具有良好的稳定性。     

基于可调环形光纤激光器的动态应变传感系统

提出了一种具有高达65 dB高光学信噪比的光纤布拉格光栅(FBG)动态应变传感系统.该方法基于可调光纤环形激光器结构,并采用马赫-泽德干涉仪(MZI)相位解调的方法实现FBG传感信号的解调.实验结果表明,在2 km处FBG获取的传感信号达到了52 dB电信噪比,从而获得了6.7×10-12/Hz1/2的高应变分辨率.     

一种基于FBG宽调谐的复合环形腔单纵模光纤激光器

报道了一种宽调谐单纵模光纤激光器。该光纤激光器采用环行器确保腔内激光的单向传输,可以有效消除空间烧孔效应;采用复合腔的Vernier效应选取单个纵模;利用未泵浦掺杂光纤的可饱和吸收效应,有效抑制光纤激光器的跳模现象;同时,利用自行研制的光纤光栅调谐装置,调谐激光器振荡波长。测试结果表明,该单纵模光纤激光器输出激光的线宽为0.7KHz,功率为10mW,波长调谐范围为20nm,且调谐过程中始终保持单纵模特性。     

内嵌Sagnac干涉结构的光纤环形激光器弯曲传感研究

本文报道了一种基于光纤环形激光器的弯曲传感 器,将基于单模-保偏-单模的光纤Sa gnac干涉结构作为弯曲传感元件和滤波器插入到光纤环形激光器中。光纤Sagnac干涉光谱的 滤波特性受保偏光纤弯曲曲率调制,在激光器环型腔内形成了曲率可调谐的滤波器,通过测 量激光输出能量实现光纤激光器内腔弯曲传感。本文从理论上分析了传感系统的工作原理, 并通过实验验证了高分辨率弯曲传感的可行性。实验结果表明,在0m－1~5.686 m－1曲率 范围内,传感器可达到的最大分辨率为6.5×10－8 m－1。采用激光器内腔强度调制方式,曲 率分辨水平从10－4 m－1提高到了10 －8 m－1。该传感器具有结构简单, 易于制造的特点,在建筑结构健康监测、结构微弯曲角度测量等领域有潜在的应用前景。     

基于F-P的光纤气体检测系统

简单介绍了利用F-P的可调谐性提出的一种新型的基于1550nm宽带光源的光纤气体检测系统的工作原理、实验装置软硬件设计以及利用该实验装置进行实验数据处理的思想--FFT一次谐波算法和计算光谱面积的算法.利用一次谐波的方法进行了实验,得出实验结果和结论.     

基于闭合腔的光纤激光器波长选择技术

将由中心波长各不相同的多个光纤光栅组成的光栅串置于一腔中,与另一个环形腔构成基于闭合腔的波长可调谐的光纤激光器.通过选择可调谐F-P滤波器的透过波长与某个光栅的中心波长一致,在腔中共振形成激光输出,实现了该激光器的波长可调谐技术.     

Multiwavelength pulse generation using an actively mode-locked erbium-doped fiber ring laser based on distributed dispersion cavity

A simple design of a stable multiwavelength pulse generator was demonstrated using a dispersion-tuned actively mode-locked erbium-doped fiber (EDF) ring laser with distributed dispersion cavity. The distributed dispersion cavity in the fiber laser successfully reduced the cross-gain saturation in EDF, and thus, enabled multiwavelength operation. Simultaneous generation of wavelength-tunable 10-GHz pulses up to four different wavelengths was achieved with the same wavelength space of 2.94 nm. The extinction ratio of all wavelengths was above 30 dB. In addition, smooth wavelength tuning was achieved over more than 41 nm when the laser was working at dual-wavelength mode. The super mode noise was /spl sim/60 dB below the signal level at both wavelengths. The laser state was found to be very stable.     

基于光纤激光传感器的双频超声测量

提出一种基于分布布拉格反射式(DBR)光纤激光传感器用于液体环境中的双频超声测量系统。选用3MHz和7MHz的双频超声信号,通过改变调频指数,获得了四种不同情况下DBR光纤激光器的频谱输出,与理论分析相一致。结果证明,DBR光纤激光传感器可以用来检测双频超声信号。     

基于萨格纳克环与光栅的双波长光纤激光器

报道一种基于保偏光纤的萨格纳克环与级联的光纤布拉格光栅的双波长掺铒光纤激光器,该激光器采用简单的线性腔结构,所用的萨格纳克环担当了梳状滤波器,光栅组构成了波长选择器件;在偏振烧孔的作用下,通过调整偏振控制器,激光器能够输出5种不同的激发模式,其中,双波长2种,单波长3种;所有的激发线具有小于0.3nm线宽,大于24dB的光学信噪比;同时,该激光器展示了较好的波长与峰值功率稳定性.