Underwater Acoustic Sensor with Fiber Bragg Grating

A new type of underwater acoustic sensor is proposed with an optical fiber Bragg grating (FBG). Because of the photoelasticity with respect to the refractive index and the elasticity of the fiber, the sound pressure in water modulates the Bragg reflection wavelength and, in turn, the intensity of the laser light transmitted through the FBG fiber. Good linearity between the detected signal and the sound pressure is obtained in the range from 81 dB to 140 dB re 1 μPa. Since the upper and lower limits of the acoustic signal level for operation of the sensor are limited by the driving circuit and the transduction of the sound in water, the sensor is expected to operate with much larger dynamic range both at higher and lower pressure levels. Operation of the sensor is very stable with the insertion of optical isolators into the system, although without the isolators the output signal fluctuates at low frequency due to the Fabry-Perot interference effect between the FBG and the various facets.     

基于光纤环形激光器和光放大的100 km光纤布拉格光栅传感系统

在基于掺铒光纤-拉曼混合放大的可调光纤环形激光器的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统结构基础上,提出了延长传感距离的新方法。该方法以环形掺铒光纤激光器作为光源,采用双波长拉曼放大的方法对信号进行低噪声的双向放大,系统中间的两段掺铒光纤再利用剩余的抽运功率产生自发辐射光和放大传感信号,使得整个系统能够在超长的传感距离上获得很高的信噪比。实验表明使用一只40 mW的掺铒光纤放大(EDFA)抽运源、一只170 mW的拉曼抽运源和一只2 W的拉曼抽运源,可以使整个系统的传感距离达到100km,并且传感系统的光纤布拉格光栅反射信号均能获得超过57 dB的优良信噪比,从而实现在超长距离上的光纤布拉格光栅传感。     

Pressure sensing utilizing linear cavity erbium-doped fiber laser

In this paper, we report a fiber laser pressure sensor based on linear cavity erbium-doped fiber laser. The fiber laser structure comprises of an erbium-doped fiber amplifier, a circulator, an optical coupler and a fiber Bragg grating (FBG) which acts simultaneously as a lasing wavelength selecting components as well as a pressure sensor. The FBG is fitted to the shock tube where the pressure is applied. The fiber laser pressure sensor has a low threshold power of 7 mW, an output power of 2.28 mW and an optical signal to noise ratio over 55 dB. The proposed fiber laser sensor is expected to be an attractive choice for long-distance pressure monitoring.     

Temperature-insensitive strain sensor based on four-wave mixing using Raman fiber Bragg grating laser sensor with cooperative Rayleigh scattering

A temperature-insensitive strain sensor based on Four-Wave Mixing (FWM) using two Raman fiber Bragg grating (FBG) lasers with cooperative Rayleigh scattering is proposed. Two FBG were used to form two linear cavities laser sensors based on Raman amplification combined with cooperative Rayleigh scattering. Due to the very low dispersion coefficient of the fiber, it is possible to obtain the FWM using the two lasers. This configuration allows the operation as a temperature-insensitive strain sensor where both sensors have the same sensitivity to temperature but only one of the FBG laser is sensitive to strain. The difference between the wavelengths of the signal sensor and the converted signal presents a strain coefficient sensitivity of 2?pm/??? with insensitivity to temperature. The FWM efficiency is also dependent on the applied strain, but it is temperature independent, presenting a maximum sensibility of 0.01?dB/???.     

基于掺铒光纤/喇曼混合放大的光纤激光器布喇格光栅传感系统

提出了一种提高长距离光纤布喇格光栅信噪比以进行准分布测量的新方法.该方法基于掺铒光纤/喇曼混合放大的光纤激光器结构,掺铒光纤和滤波器构成的环形结构产生激光作为光源,喇曼光纤放大器对布喇格光栅信号进行低噪音的双向放大,置于远处的掺铒光纤利用剩余的泵浦功率产生自发辐射光和放大传感信号,为远处掺铒光纤之后的布喇格光栅传感器提供信号光以及补偿由于长距离传输造成的光纤损耗.实验显示,与使用宽带光源的传感方式相比,系统的性能得到显著提高,仅使用小功率泵浦,分布在50 km光纤上的FBG均获得了超过58 dB的优良信噪比.     

基于光纤微结构加工和敏感材料物理融合的光纤传感技术

将功能敏感材料与光纤在物理层面进行有机融合,充分发挥光纤传感器在结构集成、材料集成等方面的优势,将有望发展新型的光纤传感器件和系统.本文综述了飞秒激光光纤微加工技术分别在标准的单模光纤和光纤光栅上制备微结构,再结合敏感材料制备技术,实现在物理层面上光纤传感器材料和结构的集成和融合,探索实现新型高性能的光纤传感新技术.     

一种测量温度和流速的光纤光栅传感器

提出一种基于铝片的测量温度和流速的光纤布喇格光栅(FBG)传感器。采用一种耐高温胶将光纤布喇格光栅封装在一小铝片上，经过高温固化处理，可保持光纤光栅传感器的稳定性。通过-20℃～100℃温度实验，得到该传感器的温度灵敏度系数为0.0392nm/℃,是封装前的3.5倍，且传感器温度响应保持了很好的线性和重复性。从水温14.5℃时的流速实验中得到水流速在0～20m/s范围变化时，FBG峰值波长漂移了0.13nm,验证了此光纤光栅传感器测量流速的可行性。试验结果表明，该传感器既可以作为温度传感器，又可以作为流量传感器，并且制作简单，成本较低。     

具有有源闭合腔的光纤光栅传感系统地址查询技术

基于熔融拉锥技术研制的3 dB宽带耦合器的光纤环形镜的工作原理,提出了一种新型的具有有源闭合腔装置的光纤光栅传感系统。在用作闭合共振腔端镜的环形镜中写入十个波分复用光纤光栅传感元,利用共振腔中接入的法布里-珀罗滤波器,通过控制电压对传感光栅的波长扫描,实现对传感地址的查询。用非平衡的迈克耳孙扫描干涉仪将传感光栅的波长漂移信息变为相移信息,实现传感信号的解调。系统传感灵敏度的实验值为1.5835°/10-6ε,与理论值(1.6662°/10-6ε)基本吻合。     

基于二阶保偏光纤Sagnac环光纤激光器的振动检测研究

提出了一种可用于振动检测的新型光纤光栅传感技术. 用偏振控制器和高双折射保偏光纤构建成Sagnac环, 结合掺铒光纤、单模光纤和隔离器, 形成了单波长光纤激光器, 由粘有光纤Bragg光栅的悬臂梁作为传感探头, 并利用Sagnac环本身的线性边缘, 解调振动信号. 阐述了Sagnac环原理及其产生的边缘效应, 并进行了数值模拟计算, 对振动信号进行了检测实验, 检测系统从L₁到L₁+L₂之间对应的周期可调, 灵敏度高达38.2 μ W/nm, 线性度为0.9996, 动态范围在40–70 dB, 可满足振动传感检测的技术参数要求. 关键词： 光纤光学 振动检测 保偏光纤Sagnac环 光纤激光器     

光纤光栅传感器阵列有源时域地址查询技术

报道了一种基于环形腔光纤激光器和1×4模拟电子开关的具备实时监测功能的光纤光栅传感网络查询技术,利用级联的波分复用光栅串充当环形腔光纤激光器端镜,借助可调法布里珀罗滤波器对反射的信号光进行扫描,调整光路结构并增加抽运光强度使信号光得到足够的增益,则可获得各传感元工作波长的激光脉冲,且依时序输出。又引入1×4模拟电子开关,将转换为电信号的激光输出按时序分配至4个输出信道。结合非平衡扫描干涉解调技术,实现了对4光栅传感阵列的查询解调。1555 nm波长时系统传感灵敏度的实验值为1.630°/με,与理论值1.674°/με基本吻合。     

双光纤光栅外腔半导体激光器相干失效研究

根据双光纤Bragg光栅(FBG)外腔半导体激光器相干失效的物理过程, 运用速率方程和双FBG耦合模理论, 分析了双FBG外腔半导体激光器相干失效产生和控制的条件, 提出了实现和控制双FBG外腔半导体激光器相干失效多模稳定工作的方法. 双FBG外腔半导体激光器在相干失效下具有多模的稳定工作状态, 相干失效长度缩短, 相干失效长度内光谱稳定. 实验测量结果表明, 外腔反射率为3%时, 从非相干失效状态到相干失效状态, 半峰值全宽度从0.5 nm突然展宽到0.9 nm. 在相干失效状态下, 功率稳定, 边模抑制比大于45 dB, 在0℃–70℃工作温度范围内峰值波长漂移小于0.5 nm, 最小相干失效长度小于0.5 m. 双FBG外腔半导体激光器相干失效的应用对提高光纤放大器和光纤激光器的性能具有重要意义. 关键词： 非线性 半导体激光器 双光纤Bragg光栅 相干失效     

具有温度自校准功能的光纤折射率传感器

提出一种具有温度自校准功能的光纤折射率（RI）传感器,传感头结构由2段很短的多模光纤（MMF）之间夹熔一段对折射率不敏感的光纤布拉格光栅（FBG）构成,传感头总长度为14 mm,FBG可以为折射率测量提供良好的温度校准功能。实验结果证明,该传感器的折射率灵敏度为126 nm。其干涉光谱共振波长的温度灵敏度为35.09 pm/℃,用于温度校准的FBG的温度灵敏度为11.14 pm/℃。相比于普通的折射率传感器,这种具有温度自校准功能的折射率传感器具有良好的实用前景。     

基于光纤布拉格光栅与长周期光栅并联的集成光学传感器

为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸,通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系,因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化,据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明:FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和12.98 pm/℃,而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为196.46 nm/RIU和10.93 pm/℃。因此,根据双参数传感矩阵,该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。     

温度不敏感的光纤布拉格高压传感技术研究

 为了实现单一光纤光栅对压强精确测量,设计了一种温度不敏感的光纤布拉格高压传感器。对该传感器的温度特性及压强响应特性进行研究。给出了该传感器的结构及封装方法。从理论上分析了该传感器的温度去敏原理,推导了该压强传感器的光纤布拉格光栅中心波长与压强的关系,得到了该传感器的压强响应灵敏度的解析表达。通过实验分析传感器的温度特性及压强响应。实验结果表明,在21℃～260.8℃的范围内,实现了温度补偿,平均波长漂移量为0.75 pm/℃,在0～44 MPa的范围内,获得了-0.054 8 nm/MPa的压强响应灵敏度,是裸光纤布拉格光栅压力响应灵敏度的18.27倍。该传感器的压强响应具有很好的线性和重复性,实验值与理论值吻合得很好,该传感器能够通过一只光纤布拉格光栅实现压强的精确测量。     

高速光通信系统中光纤光栅色散补偿研究

通过对光栅制作过程的优化设计，解决了光纤光栅温度稳定性、纹波系数、带宽、偏振模色 散补偿等关键技术，所制作光纤光栅已经达到温度系数小于00005 nm/℃，带宽大于14 nm，纹波系数小于50 ps，色散量超过 -1000 ps/nm的先进水平. 采用琼斯矩阵本征值法较 精确地测量了光栅的偏振模色散，并对其进行了补偿，光纤光栅色散补偿器的偏振模色散由 补偿前的91406 ps改善为补偿后的01521 ps. 在此基础上，成功地建立了一个稳定可靠 、速率为40 Gb/s，传输链路为122 km G 关键词： 高速光通信系统 普通单模光纤 光纤光栅 色散补偿     

大范围光纤布拉格光栅温度传感器增敏实验研究

简要分析了光纤布拉格光栅的温度响应及增敏原理,采用特殊耐高温有机聚合物对光纤光栅进行温度增敏封装,并通过改进光纤光栅的聚合物封装固化工艺,使用某种有机硅导热胶减小有机聚合物与套管材料的粘合度,消除了封装过程中由于聚合物材料不均匀收缩引起的光纤光栅反射谱啁啾化,实现20～180℃范围内光纤光栅传感器对温度高灵敏度测量。实验结果表明．聚合物封装光纤光栅传感器温度响应灵敏度在20～130℃为0．05nm／℃,在130～180℃达到了0．22nm／℃,并在两个区域保持较好的线性与重复性。此结构传感器封装工艺简单,易于实现,可用于高温恶劣环境下的温度单参量测量。     

Erbium-doped fiber ring laser sensor for high temperature measurements based on a regenerated fiber Bragg grating

This article presents an erbium-doped fiber ring laser for high temperature measurement with high accuracy. The proposed laser sensor employs a regenerated fiber Bragg grating (RFBG) as a sensor element. Through thermal treatments, the RFBG with enhanced thermal resistance was obtained. The laser emission optical spectrum presents good performance with a high optical signal-to-noise ratio of 58dB. Experimental results demonstrate a wavelength sensitivity to the temperature is 15.5 pm/ºC with the temperature range from 300ºC to 900ºC, and the correlation coefficient is 0.999. The results prove it is able to provide potential applications in high temperature measurement.     

Inclination sensing based on a fiber-ring laser and a fiber-Bragg grating with a precise resolution

We design an inclination-sensing system based on a fiber-ring laser integrated fiber-Bragg grating (FBG) whose peak wavelength is changed by the axial strain. By replacing a conventional broadband light source with the fiber-ring laser, we raise the sensing power to 3.1 dBm, the peak-to-noise ratio to 65.31 dB, and reduce the 3-dB bandwidth to 0.06 nm. Thus, the sensitivity and resolution of the proposed system are greatly improved. By using an FBG integrated with a pendulum ball used as a sensor head, the resolution of the angular inclination could reach 0.015 nm per degree. These specifications are qualified for the general practice of the pendulum-sensing system.     

基于虚拟仪器和可调谐激光技术的光纤光栅传感系统

提出了一种新颖的基于虚拟仪器(VI)和可调谐激光技术的光纤光栅(FBG)传感系统,利用可调谐激光对由光纤光栅组成的传感器阵列进行波长扫描,实现了多根光栅的复用准静态解调,并结合抖动技术和反馈环结构,使得探测信号在每一根传感光栅中心波长处过零,以提高系统在测定波长偏移时的分辨力。当反馈环工作在闭环状态下时,该系统还可对单根光栅实现动态跟踪锁定,实现单根光栅的动态解调。该传感系统的数据采集采用虚拟仪器技术,通过多通道同时输入输出实现了在线实时解调。实验采用了4根光栅组成传感阵列,获得了静态多根光栅小于1με和单根光栅动态频率10 Hz时3.3 n/εHz的解调分辨力,动态应变范围在850με。     

基于少模-无芯-少模光纤结构的高灵敏度折射率传感器

光纤折射率传感器广泛应用于各种复杂环境的监测。设计了一种基于少模光纤（fewmode fiber,FMF）–无芯光纤（coreless fiber,CLF）–FMF结构的高灵敏度折射率传感器。该传感器由2小段FMF之间熔接1段减薄的CLF组成马赫-增德尔干涉仪（Mach–Zehnder interference,MZI）,测量外界折射率,利用光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）进行温度补偿。MZI干涉光谱中的谐振波谷同时受折射率和温度影响,FBG只受温度的影响。利用MZI和FBG的折射率和温度灵敏度系数构建灵敏度矩阵,实现折射率和温度的同步测量。实验结果表明,MZI折射率灵敏度为345.66 nm/RIU,温度灵敏度为0.013 4 nm/℃;FBG的温度灵敏度为0.010 4 nm/℃。