光纤形态传感器研究进展

光纤形态传感技术是解决柔性体形态测量、光电缆实时形态跟踪、医疗介入针轨迹实时跟踪等3D形态恢复问题的创新型技术方案。光纤形态传感技术以光纤作为敏感元件,传感器具有结构简单、易于嵌入安装、测量不需要视觉接触、耐腐蚀,以及抗电磁干扰等优点,适用于水下、地下等复杂环境中的大尺度结构形态测量。近年来,光纤形态传感器受到了越来越多的关注,文章综述了光纤形态传感技术的最新研究进展,以一维曲率传感器、全向型曲率传感器和空间形态传感器为线索,介绍了各阶段传感器的研究现状以及面临的挑战。     

选择性填充光子晶体光纤应变特性研究

微结构的光子晶体光纤,通过填充光敏等功能材料,具有可调谐、全光纤结构和易于集成等优点,是光纤光子器件发展的重要方向.毛细管法将高折射率的匹配液,填充到空心光子晶体光纤中邻近纤芯的空气孔中,两端熔接单模光纤,制成高灵敏的应变传感器.实验表明,当填充30mm长,折射率为1.508的匹配液时,测得应变灵敏度约为每应变4.36pm.实验结果与仿真结果相符,这种装置可用于高灵敏的应变传感.     

光纤传感技术在气体检测方面的应用

介绍了气体传感器的主要特性与光纤传感技术在气体检测方面的应用,比较了几种光纤气体传感器的优缺点,设计了一种基于光谱吸收原理的新型开放式气体传感器,展望了光纤气体传感器的发展方向和广阔前景.     

光纤传感器的研究及应用

介绍了光纤传感器与其他传感器相比的优点,还介绍了传感型光纤传感器与传光型光纤传感器的基本原理.同时,文章阐述了强度调制型光纤传感器、干涉型光纤传感器、光纤光栅和光纤声发射传感器的应用.文章最后提出了我国光纤传感技术存在的问题以及发展方向.     

一种新型光纤位移式电压传感器及其调制理论

介绍了一种新型光纤位移式电压传感器件,与传统的光纤电压传感器件相比,具有结构简易、灵敏度高且具备光路自补偿功能等特殊优点。文中建立起了这种传感器件的理论模型,利用此模型,借助计算机可实现对传感器性能的实际仿真。     

CO2激光刻写长周期光纤光栅与光纤MZ结构的双参数传感特性

为了实现温度与应变的双参数高精度传感测量,提出了一种CO2激光刻写长周期光纤光栅（Long Period Fiber Grating,LPFG）与光纤马赫-增德尔（MZ）干涉型结构的光纤传感器,利用CO2激光刻写制作LPFG并利用错位熔接法制备光纤MZ结构,将二者级联并实时监测温度及应变变化时的透射谱变化,研究了其传感原理并验证了其温度及应变传感特性。实验结果表明:该双参数光纤传感器的LPFG仅对温度敏感,MZ干涉结构对温度和应变都敏感;在温度范围35~70℃时,LPFG特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度39.17 pm/℃;MZ干涉结构特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度为37.50 pm/℃;当应变范围0~450 时,MZ干涉结构加载灵敏度4.01 pm/,卸载灵敏度为4.24 pm/。为温度和应变的实时测量提供了一种灵敏度高、线性度好的光纤传感器。     

测量多种气体体积分数的PCF传感器结构

为提高气体体积分数传感器的灵敏度、抑制光纤的模间干扰,设计了双通道边孔型结构,利用COMSOL软件建立气体体积分数传感模型的方法和损耗谱分析法,研究不同结构参数和镀膜厚度对光纤气敏特性的影响,进行理论分析和实验验证,调整薄膜材料厚度和光纤气孔尺寸,通过分析光纤双折射变化规律得到最优的各类参数方案。结果表明,该传感器对氢气的探测灵敏度为0.36 nm/%,对甲烷的探测灵敏度为2.89 nm/%,且线性度高。该光子晶体光纤气体传感器具有灵敏度高、响应速度快等优点,还能同时对两种气体进行检测,应用范围广,为研发实际生活及工业领域相关气敏性薄膜和实现一根光纤传感器同时检测3种甚至更多种气体体积分数提供了参考思路。     

光纤应力传感技术研究

光纤型应力传感器具有体积小、质量轻、免电磁干扰、抗腐蚀性,灵敏度高等许多独特的优点,可在诸如桥梁、楼房、大坝、隧道和精细结构中对所受应力进行长期监控,有着巨大的潜在应用前景。结合光纤应力传感的基本原理,对目前采用的主要几种光纤应力传感技术进行了详细的介绍。     

光纤消逝场传感器传感结构的分析与应用

对光纤消逝场理论进行了详细分析,阐述了影响光纤消逝场传感器灵敏度的一些关键因素,并对几种常见的光纤消逝场传感光纤的优缺点进行了比较,主要包括圆柱形、D形、U形、锥形以及光子晶体光纤等结构的传感光纤。通过分析各种传感结构的光纤消逝场传感器的应用实例,归纳总结了提高光纤消逝场传感器传感灵敏度的一般方法,包括在传感光纤表面镀薄敏感膜或者金属膜、优化传感光纤结构、进行荧光标记以及用纳米粒子修饰等一系列措施。     

均分直槽微结构光纤光栅磁场传感器

对微结构光纤磁场传感器的增敏性能进行研究, 设计了一种基于飞秒激光微加工的均分直槽型微结构光纤磁场传感器。 利用飞秒激光在刻有光纤布拉格光栅(FBG)的单模光纤(SMF)包层上刻蚀均分直槽微结构, 并采用HF溶液清除直槽内的残留碎屑和 应力集中点,随后用磁控溅射技术在加工部位溅射一层磁致伸缩薄膜TbDyFe。当外界磁 场强度变化时,通过观测传感器中心 波长的变化可实现对磁场强度的测量。直槽微结构能减小光纤横截面积,改善光纤轴向伸缩 性能,增大薄膜附着表面积,从而 提高传感器探头灵敏度。理论分析了直槽微结构提高传感器性能的工作原理,介绍了传 感器探头的制备工艺和性能影响因 素,给出了不同参数传感探头的磁场测试结果。实验结果表明,利用飞秒激光加工直槽微结 构能明显改善传感器探头灵敏度, 其中直槽个数对性能影响最为明显;相对于无微结构传感器探头,有微结构光纤探头灵敏度 最高可提升3.8倍。     

基于全固光子带隙光纤的传感器的特性研究

为了实现对基于全固光子带隙光纤（AS-PBF）的传感器的特性研究,采用了双锥型模式干涉仪的结构,使用熔接机在一根AS-PBF上间隔一段距离制作两个锥形光纤,制备出一种基于双锥型模式干涉的特种光纤传感器。与传统单模光纤或折射率传导的光子晶体不同,AS-PBF的纤芯有效折射率较低,而包层有效折射率较高。通过理论分析和实验验证,测量研究了这种光纤结构对温度和轴向应力的响应。实验结果表明,温度灵敏度和轴向应力灵敏度分别为~63pm/oC和~-1.74nm/ N。与长周期光栅、布拉格光栅相比,基于全固带隙光纤的双锥型模式干涉传感器具有制备简单、结构紧凑等优势,在光纤传感领域具有广泛的应用前景。     

双光纤双参量布里渊光时域分析传感技术的研究

对于布里渊分布式光纤传感器(DOFS),温度或应变的变化都会引起布里渊频移谱改变,因此存在交叉敏感问题。在以往对布里渊光时域反射(BOTDR)计的双参量传感研究中,采用单根光纤,通过同时检测布里渊频移和功率变化,实现双参量传感。但对于布里渊光时域分析(BOTDA),由于受激布里渊散射的偏振相关性,不能实现对受激散射光功率的准确检测,因此难以实现单光纤的双参量传感。针对这一问题采用温度和应变系数不同的双光纤进行双参量传感。先测量了几种常用光纤的温度和应变布里渊频移系数,然后选择G652和G652成缆两种光纤,通过构建系数矩阵,由两根光纤的布里渊频移计算得出温度和应力,从而实现了温度分辨率25℃左右,应变分辨率约为200με的双参量传感。     

Fabrication of multiple parallel suspended-core optical fibers by sheet-stacking

We demonstrate the fabrication of a novel type of optical fibers with multiple parallel air-suspended cores by the sheet-stacking method. Using this technique we have constructed optical fibers with up to 10 parallel micron-size suspended cores. No extra scattering loss from the fabrication process was observed in a fabricated dual air-suspended core fiber. The sheet-stacking method opens the way towards using a wide range of optical glasses for manufacturing multiple parallel suspended-core specialty optical fibers with novel optical functionalities such as dispersion tunability. Fusion splicing has also been successfully used to connect such a multiple core fiber with a conventional silica fiber.     

双芯光纤的制作及应用研究

双芯光纤是一种极其重要的无源光器件,它在光通信及光传感等方向发挥了不可替代的作用。首先介绍了目前主要存在的几种双芯光纤的结构、分类及其最新的制作工艺,然后根据双芯光纤独有的结构特性及两芯子之间耦合特性所表现出来的光谱特性在光纤传感与光通信领域的应用进行了叙述,最后通过数据知识平台的结果展示了近10年来与双芯光纤相关的热词并分析了双芯光纤近十年的发展趋势及其发展前景。     

塑料光纤在裂缝监测中应用的可行性研究

针对普通石英光纤断裂应变较小在实际工程应 用中易发生断裂的问题,本文提出在结构裂缝监测 工作中运用塑料光纤(POF)代替普通石英光纤,设计了由光源、POF及光功率计组成 的塑料光纤裂 缝传感装置,并通过裂缝模拟装置对纤芯直径分别为0.25mm及0.5mm的POF在裂缝 监测中应用的可 行性进行了验证。实验结果表明,裂缝开度为0到6mm范围内,两种型号POF内部光 的强度随裂缝扩 展呈现逐渐减弱的变化,裂缝开展初期光强度变化明显,当裂缝宽度趋近于6mm时变化逐渐 减弱,符合理 论规律,且光纤直径较大时光强度变化更明显。因此POF可以有效感知裂缝的扩展 ,且光纤直径较大时对裂缝感知更敏感,将其应用在结构裂缝监测工作中是可行性的。     

光缆应急快速抢修盒的设计及应用

光缆中出现一根或数根光纤发生纤芯断裂、损耗增大等故障时,采用传统方法修复须将故障光缆在故障点切断,这种作业方法工作量大,接续时间长,将正常光纤截断,人为地增加了光纤系统的阻断时间和正常光纤的损耗,造成"非故障阻断".光缆应急快速抢修盒可以快速、准确地对故障光纤实施抢通,并最大限度地不影响正常光纤通信,可有效提高光纤系统的可通率.     

单模光纤受激布里渊散射阈值分析与计算

受激布里渊散射是光纤一种非常重要的非线性效应,不同光纤的受激布里渊散射阊值不同。在光纤通信系统和光纤分布式布里渊传感系统中,受激布里渊散射阈值的研究非常必要。设计并搭建受激布里渊散射阈值测量系统,实验测量了普通通信光纤（G．652）、大有效面积的非零色散位移光纤（G．655）在常温时的受激布里渊散射阈值。通过阈值测量可知,G．655光纤阈值明显大于G．652光纤,所以无论对于光纤通信系统,还是自发布里渊传感系统,都应优选G．655光纤。     

Fiber-optic sensors using high-resolution optical time domaininstrumentation systems

Applications of high-resolution optical time domain instrumentation systems for the sensing of strain and temperature using optical fibers are discussed. It is demonstrated that optical fiber segmentation using partially reflective splices allows measurement of localized fiber parameters. In particular, localized fiber strain is measured using specially designed in-line reflectors spaced less than 1 m apart. It is shown that the time domain response to temperature variations can be improved by using silicone fluid-filled fibers with thermooptic coefficients as high as -4.2×10^-4/°C. The applications of fiber-optic reentrant loops to further improve on system-imposed measurement resolution are discussed. It is shown that recirculation of the probing optical pulse through the sensing fiber yields an effective increase in fiber interaction length