光纤光栅生物传感器的研究进展综述

本文介绍了光纤光栅生物传感器的传感原理,从光纤光栅新型结构的研究、可固定光纤表面的生物活性膜的研究以及应用研究三个不同的角度阐述了近年来光纤光栅生物传感器研究的进展情况,并分析目前该领域内面临的一些问题,对光纤光栅生物传感器的研究方向提出了一些建议。     

小芯径折射率引导型光子晶体光纤的制备和研究

介绍一种小芯径折射率引导型光子晶体光纤(PCF)的拉制方法.制备出的光纤纤芯周围第一层空气孔发生形变,呈柚子形,其芯径为1.7μm,孔间距A和空气孔直径d分别为3.4 μm和2.8μm.由于光纤结构的特殊性,采用有限元法在200～1600 nm波段对其基模有效折射率、色散系数、有效模场面积以及非线性系数进行了数值模拟计算.经过理论计算,这种光纤在所研究的波段具有极高的非线性系数且表现为反常色散,这些特性十分有利于超连续谱的产生.在测量了光纤的损耗、色散等基本特性后,选取损耗较小凡位于光纤反常色散区域,中心波长为800 nm的飞秒激光作为光源,将不同功率的超短激光脉冲耦合入光纤,对这种小芯径折射率引导型光子晶体光纤产生超连续谱的过程进行了测量和分析.     

单纵模、波长可开关的线性腔光纤激光器

提出并实现了一种单纵模输出、波长可开关的光纤激光器.该激光器采用线性法布里-珀罗(F-P)腔结构,利用980 nm抽运的掺铒光纤(EDF)作为增益介质,并且通过腔内另一段未抽运的掺铒光纤的饱和吸收效应来实现光纤激光器的单纵模运转;同时利用1×N光开关和N个并联的不同中心波长的光纤光栅(FBG)的选波作用,通过控制光开关的电压信号,实现N个输出波长的可开关功能.在90 mw的抽运功率下,获得了-0.5 dBm峰值功率,3.6 kHz线宽的单纵模激光输出;输出光的波长在控制电压的作用下可在1574.6 nm,1579.7 nm,1584.8 nm和1589.9 nm四个波长之间任意选择.     

单偏振双波长非保偏有源掺杂光纤激光器

利用宽带保偏光纤光栅(PFBG)、普通有源光纤和窄带普通光纤光栅构成独立的谐振腔,且窄带普通光纤光栅的中心波长分别与保偏光纤光栅的一个反射峰波长对准,可以输出稳定的双波长/单波长的单偏振激光.利用这一思想,制成了基于非保偏有源掺杂光纤的单偏振双波长光纤激光器.实验结果表明,双波长同时激射时的激光消光比为46.7 dB,单波长激光的消光比为59.6 dB,滤波出单波长测量其偏振度为98.5%.这种激光器在微波光子领域可用于在光域产生微波.     

基于周期压力写入的长周期光纤光栅的一阶光学微分器

根据一阶光学微分器的传递函数,理论分析了均匀 长周期光纤光栅(LPFG)作为一阶瞬态光学微分器应满足的条件。周期压力产生的LPFG能够通 过压力的控制加强光栅的模式耦合,因而得到大的光栅谐 振损耗,实验证明了周期压力在细径光纤上产生的LPFG能够产生大于50dB的谐振损耗。数值模拟结果表明,此光栅光 学微分器能够高精度地完成对高斯脉冲的微分运算,在超快全光信号处理、飞秒脉冲整形和 任意光脉冲产生等领域中有宽广的应用前景。     

基于布里渊光时域分析分布式光纤漏油传感器

研究了一种新型基于布里渊光时域分析(BOTDA )的光纤漏油传感器,可在min量级发现小规模 漏油事件,主要用于长距离输油管线、油库等场所的实时漏油监测。通过模拟监测输油管道 输运状态,将 光纤埋敷于特种油敏材料中沿输油管线铺设,用BOTDA仪实时监测光纤布 里渊频移,可快速发 现并定位漏油事件。实验证明了本文技术的可行性,能够在10min内 准确定位小规 模漏油事 件,采用DiTeStSTA-R系列BOTDA仪,在1.7km的传感光纤上实现了 0.1 m的定位 精度。     

基于腰椎扩径熔接马赫-曾德尔干涉仪的温度光纤传感器

实现了一种基于腰椎扩径熔接马赫-曾德尔(M-Z )干涉仪的温度光纤传感器。通过腰椎扩径熔接技术,分别对4.5cm 长的单模光纤(SMF)两端进行扩径,构成球形-单模-球形结构的M-Z干涉仪。该干涉仪具 有温 度敏感特性,因外界环境温度的变化会引起光纤包层模的有效折射率发生变化,从而导致干 涉光谱的变化。 通过检测同一级次干涉谷的特征波长漂移,实现对温度的测量。实验结果表明,在温度变化 范围为15～60℃ 时,干涉谱发生了明显的红移现象,传感器相应的温度灵敏度为0.068nm/℃。本文温度光纤传感器结构简单、成本低和灵敏度高,在温度检测方面具有良好的 应用前景。     

基于压缩感知的BOTDA性能增强方法

为了提高布里渊光时域分析系统(BOTDA)在长距离监测应用中的实时性,提出了一种基于压缩感知的布里渊光时域系统实时性增强方法。该方法包含稀疏表示、随机采样和信号重构三个部分。首先采用K-均值奇异值分解算法获得布里渊增益谱的稀疏表示,然后通过高斯随机采样和正交匹配追踪算法进行布里渊增益谱重构。为了验证所提方法的性能,仿真生成了不同信噪比水平的布里渊增益谱,搭建了45 km的布里渊光时域系统进行温度传感实验。仿真和实验结果表明:在累加平均次数为100时,所提算法将信噪比提升了6.37 dB,优于累加平均次数3000时的10.13 dB,对应测量时间减少了1/30;采用8 MHz步长数据重构布里渊增益谱,该方法的重构结果与4 MHz步长数据的相关系数为0.9992,对应扫频时间减少了一半。所提算法在保证测量精度的同时提升了测量实时性。     

EPON--掀开光纤接入新的篇章

无源光网络的目的是通过建立一套成本低廉，且其带宽容量又是其他接入技术无法企及的端到端的解决方案，从而打破带宽的瓶颈。基于以太网的无源光网络EPON是一个点到多点的光接入网，采用低成本，高性能的以太网芯片为终端用户提供可靠的数据，话音以及视频业务，其所能提供的带宽远大于现有接入技术。本文主要介绍EPON技术的演化和分类、发展现状、网络结构、层次模型、关键技术和应用每几个方面。     

Er3＋-Yb3＋共掺杂环形腔光纤激光器

运用Er3 -Yb3 共掺杂光纤作为激光增益介质，采用1．064μm的Nd：YAG激光器作为泵浦源，实现了2m和1m长环形腔光纤激光器运转。输出波长1．53μm，输出功率分别为7．8mW和6．2mW，斜率效率分别达到了6．4％和5．2％。