FBG分布式非均匀应变重构准确度分析研究

以剥层算法为基础,分别从非均匀解调应变大小、重构算法的特征参量以及光栅初始结构参量等对光纤布喇格光栅应变重构准确度的影响进行相关研究分析.结果表明:工作长度为5~30mm的光纤布喇格光栅最佳应变解调在3 000με以内,在该应变解调范围内,保持光栅剥层的分层长度为0.1mm左右时,应变重构准确度和效率较优,折射率调制幅度越小,应变重构误差越小;同时,对于非均匀应变检测使用的强光栅,折射率调制幅度约为0.000 12时,应变检测结果最好.本文的研究结果对提高非均匀应变的重构准确度具有重要的指导意义.     

基于压缩感知算法的光栅光谱重构及其应用特性研究

针对现有光栅光谱解调方式所需数据量较大不利于数据传输及处理的现状,应用压缩感知算法通过少量光谱数据采集实现高精度光栅光谱的重构。选取可调谐法布里-珀罗(F-P)滤波器解调方式(TFPDA)作为参照并以布拉格光栅(FBG)及线性啁啾布拉格光栅(LCFBG)作为研究对象,构建实验平台验证压缩感知算法光谱重构的可行性。通过TFPDA采集及压缩感知算法重构不同温度下的光纤光栅光谱并通过高斯非线性算法拟合得FBG中心波长。实验数据表明通过压缩感知采集得FBG温度敏感系数为20.3pm/℃,与TFPDA的相对误差为0.5%。对比此两种方法所得LCFBG光谱,其3dB带宽内的最大相对误差为1.03%,中心波长处为0.69%。上述实验结果证实压缩感知算法在光栅光谱采集重构方面具有一定的应用价值。     

试析光盘道间距测量中光栅方程的适用条件

光盘存储信息的轨道可看成一圆形反射光栅,借助光学平台利用光栅方程可以测其道间距（光栅常数）。本文就该方法中光栅方程的适用条件进行了探讨,给出远场距离z≥2（πd2/4λ）,对CD-R和CD-ROM盘进行了测试,并对结果做了对比分析。     

一种简便的光盘光栅常量测定方法

把光盘作为反射光栅，讨论了测量光栅常量的原理，并用激光器和刻度尺测量了光盘的光栅常量．     

Ge0.05Si0.95／Si异质结单模共面布拉格反射波导光栅的设计与分析

GeSi/Si异质结布拉格反射光栅是硅基光电集成领域一种重要的集成光学器件,分析GeSi/Si异质结的传光特性和布拉格条件,通过求解布拉格光栅方程,得出耦合系数和耦合效率.利用上述原理设计出入射角为66°,波导层的厚度为2 μm,光栅长度为4 252 μm,槽深为0.05 μm,光栅周期为0.456 μm,滤波带宽为0.214 nm,耦合效率为84.1%的1.3 μm Ge0.05Si0.95/Si异质结单模共面布拉格反射光栅,并用数值模拟了入射光渡电场和反射光波电场的分布.     

Ge0.05Si0.95/Si异质结单模共面布拉格反射波导光栅的设计与分析

GeSi/Si异质结布拉格反射光栅是硅基光电集成领域一种重要的集成光学器件,分析GeSi/Si异质结的传光特性和布拉格条件,通过求解布拉格光栅方程,得出耦合系数和耦合效率。利用上述原理设计出入射角为66°,波导层的厚度为2μm,光栅长度为4252μm,槽深为0.05μm,光栅周期为0.456μm,滤波带宽为0.214nm,耦合效率为84.1%的1.3μm Ge_0.05Si_0.95/Si异质结单模共面布拉格反射光栅,并用数值模拟了入射光波电场和反射光波电场的分布。     

亚波长抗反射光栅结构的设计及制备

针对现有亚波长抗反射光栅结构参数对加工工艺要求较高且难以制备等问题,设计了一种方柱形二维抗反射光栅结构。依据等效介质理论和薄膜增透理论对亚波长抗反射光栅结构参数进行仿真分析,结果表明其透射率在远红外波段20～24 μm平均透射率能够达到98%,中心波段21.8 μm处透射率达到99%。使用飞秒激光直写方式进行实验制备,测得平均透射率达77%,中心波段透射率达到77%,与仿真结果相近。经实验验证,所设计的亚波长光栅结构的工艺容差较现有光栅结构更好,且对实验加工精度要求较低,为其他类似光栅结构的设计和加工提供了新的思路。     

提取葡萄糖多晶光学参数的迭代和遗传算法比较分析

基于太赫兹反射时域光谱技术,分别利用迭代算法和遗传算法提取葡萄糖多晶太赫兹频段的两个光学参数,即折射率和吸收系数,并将遗传算法与迭代算法进行对比分析。研究结果表明：当将利用弱吸收近似条件所获得的光学参数作为迭代算法的初始值时,采用迭代算法可以提高计算效率。然而,迭代算法对初始值敏感,当初始值偏离实际值较大时,迭代算法不能保证获得较高精度的光学参数;遗传算法通过参数编码、初始种群、遗传操纵、参数控制和条件约束等设计,保证了算法的收敛性和种群多样性。而且,遗传算法的最优解并不依赖于初始种群。与迭代算法相比,采用遗传算法所获得的物质的光学参数拥有更高的精度。因此,在基于THz光谱技术提取物质的光学参数时,本文建议采用智能优化的算法,这样可以获得高精确度的光学参数。     

支持向量回归算法在光纤光栅非均匀应变重构中的应用

当布拉格光栅轴向存在大的应变梯度时,其反射光谱的形状会被扭曲.甚至出现多峰,发展非均匀应变分布重构方法对于结构健康监测技术具有重要意义.但采集反射光谱时的测试噪声会显著影响应变分布重构的精度.为此,提出了采用支持向量机对含噪的反射光谱进行回归预处理,并运用适应度排序改进的遗传优化算法结合传输矩阵反射光谱构建方法识别布拉格光栅轴向非均匀应变分布的方法.该方法将反射光谱视为时间序列.利用支持向量回归的全局优化和泛化能力进行噪声抑制.从而回归出有效的反射光谱;通过传输矩阵方法将光栅轴向应变分段均匀化,利用改进的遗传算法进行并行重构.对多种应变分布形式下的应变重构进行了仿真研究,结果表明,支持向量机方法可以有效地进行反射光谱同归,提高非均匀应变分布重构的精度.     

软X射线自支撑闪耀透射光栅

软X射线自支撑闪耀透射光栅或临界角透射光栅是美国麻省理工学院为满足国际X射线天文台X射线光栅谱仪的科学要求而提出的一种新型衍射光栅,它集中了透射和反射光栅的优点,同时避免它们的缺点.文章对软X射线自支撑闪耀透射光栅的概念、基本原理、制作工艺进行了综述,介绍了美国麻省理工学院的光栅研制工作进展和文章作者的初步研究结果.     

Extracting the structure of highly reflecting fiber Bragg gratings by measuring both the transmission and the reflection spectra

We demonstrate a novel method that enables one to measure the structure of highly reflecting fiber Bragg gratings. The method is based on measuring both the transmission and reflection spectra of the grating and applying an inverse-scattering algorithm. The use of the transmission spectrum significantly reduces the sensitivity of the reconstruction to measurement noise, and therefore it significantly decreases the measurement duration. We experimentally demonstrate our method for reconstructing the structure of an apodized grating with a reflectivity of 99.91%.     

可分离温度影响的FBG应变测量方法

光纤布拉格光栅在通信和传感领域具有广泛的应用。利用光纤布拉格光栅中心波长的偏移，可以测量温度和应变等多种物理量，但必须解决光栅对温度和应变的交叉敏感问题。该文简要分析了光纤光栅作为传感器的基本原理及其优点，设计了利用参考光栅法分离温度影响以及利用掺铒光纤的自发发射放大特性分离温度影响的2种应变测量方法。最后，介绍了一种利用倾斜光纤光栅的主模和边模对布拉格光栅中心波长的偏移进行解调的方法，该方法成功地分离了温度对应变测量的影响。     

中心波长1080 nm的高功率光纤光栅研制与测试

介绍了基于紫外光侧写和相位掩模法制作双包层光纤光栅的工艺,制作了一对中心波长1080 nm的光纤光栅,测试光谱得到其反射谱带宽分别为2 nm和1 nm。采用自制的光纤光栅搭建了一个高功率光纤振荡器,得到最高502 W的激光输出,并测试了输出激光的光谱和光束质量。     

Spectrum-profile-identification-based wavelength division multiplexing method for a fiber Bragg grating sensor

A new wavelength division multiplexing method for fiber Bragg grating(FBG) sensors based on spectrum profile identification is proposed. In this method, FBGs and tilted FBG(TFBG) sensors are cascaded in a single fiber in one sensing channel. The different spectrum profiles enable the cross-correlation method to demodulate the wavelength. Therefore, the different types of sensors can occupy the same central wavelength band. Using this method, the multiplexing capacity is optimized. Experiment results demonstrate the feasibility of this method and it is useful for applications where large numbers of FBGs are needed.     

Bragg光纤光栅法布里-珀罗传感器的应变测量

提出了一种对静态应变进行高分辨率测量的方法。该方法是把Bragg光纤光栅(FBG)与全光纤法布里_珀罗传感器(FFPI)组合起来,利用FBG反射波长的漂移特性来测量干涉条纹的数目。通过利用FFPI和伪外差解调法对小数条纹进行解调,可实现高分辨率的测量。结果表明,静态应变的测量分辨率达到了33×10-9ε(ε为应变)。     

弯曲光纤布拉格光栅靶式流量传感器的研究

设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的弯曲靶式流量传感器,采用COMSOL软件仿真了弯曲靶臂受力时的应变分布规律,并将两支FBGs分别粘贴于靶臂的外侧和内侧进行应力测试,仿真与实验结果表明在外力作用下靶臂外侧和内侧分别产生拉应变和压应变,FBGs反射中心波长产生红移和蓝移。同时,测试了该结构的温度特性,在20 ℃~40 ℃两支FBGs反射中心波长均与温度呈线性关系,从而可消除温度对测量结果的影响。随后搭建了弯曲靶式FBG流量传感器测量装置,在0~800 L/H范围内的测量结果表明,两支FBGs反射中心波长与水流量呈较好的线性关系,其流量灵敏度为48 L/H。     

基于遗传算法的全息光栅逆向优化设计

光栅是单色仪的核心器件,光栅的像差校正能力对单色仪性能有着决定性作用.本文研究了基于光线追迹点列图数值分析的遗传算法实现,建立了针对全息光栅成像质量的评价函数,并利用遗传算法实现了全息光栅的优化设计.结果表明,利用遗传算法可以简化求解过程,降低最优参量的误差,并克服局部极值的问题,明显优于阻尼最小二乘法.     

基于遗传算法的全息光栅逆向优化设计

光栅是单色仪的核心器件,光栅的像差校正能力对单色仪性能有着决定性作用.本文研究了基于光线追迹点列图数值分析的遗传算法实现,建立了针对全息光栅成像质量的评价函数,并利用遗传算法实现了全息光栅的优化设计.结果表明,利用遗传算法可以简化求解过程,降低最优参量的误差,并克服局部极值的问题,明显优于阻尼最小二乘法.