二维复用半导体激光器线性调频光纤位移传感器的研究

利用半导体激光器线性调频外差干涉原理和频域多路复用原理,研究了光纤位移传感器多路复用技术,制作了两路复用光纤位移传感器,研究和解决了多路复用时信号串话问题.实验证明,各路之间串话引起的误差小于±0.02μm,每路测量误差小于±0.05μm.     

光纤加速度传感器研究进展

光纤加速度传感器与传统加速度传感器相比，不但能抗电磁干扰，而且体小、质轻、动态范围宽、精度高、能在恶劣环境下工作，因此受到各先进国家军事与商业领域的极大重视，各种实用的光纤加速度传感器不断涌现。主要有光强调制型和相位调制型两大类。光强调制式有反射式、透射式和偏振式等等。相位调制式有Ｍａｃｈ－Ｚｅｎｄｅｒ干涉仪、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干涉仪和Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ干涉仪。有一维的，也有二维的；有与水听器组合在一起的，也有与光纤陀螺仪组合的光纤加速度传感器。最小的已经做到２．５ｃｍ长，直径仅０．２５ｍｍ；测量精度已能达到１μｇ；共振频率可达到１０ｋＨｚ。为了克服温度不稳定性对测量精度的影响，人们采用了３×３耦合器解调法，双光路法，由单臂式改成推挽式等。一旦关键技术得以克服，光纤加速度传感器将会在惯性导航和其它领域发挥更重要的作用。本文将分别介绍目前各种类型光纤加速度传感器的结构、特点、走向实用化存在的问题。     

双波长偏振干涉型应变与温度同时测量的光纤传感器

针对保偏光纤给出了利用双波长偏振干涉型传感器同时测量应变和温度的一般理论，并通过实验证明了这一理论的可行性。对３０ｃｍ长的ｂｏｗ－ｔｉｅ型光纤的实验结果表明，在温度变化７０℃，光纤长度变化５００μｍ测量范围内，最大误差分别为±２．５℃和±８μｍ。由于这一传感器只利用了正交基模的偏振干涉，因此具有较好的稳定性。     

全光纤低相干光纤位移传感技术

提出并演示了一种由两光纤构成的杨氏干涉解调系统的全光纤低相干光纤位移传感器系统。该技术从根本上避免了光源频率、光强的波动，及光在传输过程中由系统带来的损耗、光的偏振方向的改变引起的信号衰落问题。其结构简单，易于调整，测量分辨率可达０．０５４ｍｍ。     

光外差干涉全光纤表面粗糙度传感器的研究

本文介绍了基于半导体激光器线性调频干涉技术的全光纤表面粗糙度传感器的研究，该传感器的灵敏度为０．００５μｍ，量程为４ｍｍ，属微型化传感器，辅之以机械传动机构可完成对复杂曲面表面，沟槽表面及３ｍｍ以上内孔表面的表面粗糙度测量，且结构简单易于实用化。     

光纤传感器位移和转速测量研究

介绍光纤传感器的测量原理,并对位移和转速测量进行研究,利用matlab软件对位移测量结果进行曲线拟合,且将光纤传感器和电涡流传感器的转速测量结果进行比较,最后得出利用光纤传感器进行测量具有电路结构简单、精度高、光路弯曲等优点。     

用于曲面精密检测的新型光纤三角传感器研究

基于光纤传感技术和三角测量方法，提出了一种用于曲面检测的新型光纤三角传感器。根据所设计的轮辐式接收光纤结构，可以在测量曲面与传感头间位移时，首先获取被测点处微面元的倾斜信息，以便对传感器测量值进行实时误差修正，从而解决了被测表面倾斜对坐标测量带来的影响。该传感器还能有效地消除环境光干扰、光源波动、表面反射率变化等对测量带来的影响。建立了传感器测量的数学模型。理论分析和初步的实验结果证明了系统的有效性和实用性。该传感器系统不稳定性好于0.3%，横向分辨率好于8μm，高度分辨率好于0.1μm。     

硅衬底上锗硅合金光波导的研制

报道锗硅合金在λ＝１．３μｍ的脊形单模光波导的设计，工艺及测量结果。这种光波导的传播损耗已达０．７ｄＢ／ｃｍ。脊形的高４－８μｍ，宽８－１２μｍ，均和单模光纤芯径相当，此外，其数值孔径在光波导的输入，输出端均能和单模光纤匹配，它已满足硅光集成对光波导的要求。文中最后报道了用这种锗硅合金光波导试制Ｙ分支器，并观察到二支分路输出的单模光斑。     

光栅位移激光多普勒遥测技术的研究

研究了利用运动光栅的多普勒效应进行切向位移的遥测技术。提出了测量光路，采用声光调制器作为分光和频移器件并用于鉴向，实现了５０ｍ的远距离光栅位移遥测。达到测量分辨率０．８μｍ，光栅位移４０ｍｍ，最大累积误差优于３４μｍ。并用理论分析和实验，证明了远距离目标的焦深及其计算方法，导出了计算公式。     

光外差调制法提高全光纤低相干传感器的灵敏度

本文提出的光外差调制法用于提高空间解调低相干光纤传感器峰顶位置的分辨率,由此提高系统的测量灵敏度.未采用光外差调制法前的杨氏空间解调低相干光纤位移传感器的测量灵敏度为0.12μm;而采用后可达0.033μm.     

基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的强度测量研究

根据光外差检测原理，分析得到干涉测量适用于信号光强小于参考光强的探测，直接测量适用于信号光强大于参考光强的探测的结论。利用自制的全光纤马赫-曾德尔干涉仪系统，对位移信号进行了测量。实验结果表明：当位移信号较小时，干涉测量的灵敏度分别为62．068μW／mm和9．90mV／mm，而非干涉测量的灵敏度分别为4．30μW／mm和0．35mV／mm；当位移信号较大时，干涉测量的灵敏度分别为2．643mV／mm和0．055mV／mm，非干涉测量的灵敏度分别为12．326mV／mm和4．194mV／mm，测量结果与分析得到的结论一致。对于光纤干涉仪强度调制检测的应用具有参考价值。     

High precision micro-displacement fiber sensor through a suspended-core Sagnac interferometer

A sensing system for micro-displacement measurement based in a suspended-core fiber Sagnac interferometer is presented. The suspended-core fiber characterization was made through the use of an optical backscatter reflectometer, screening its multimodal and birefringent behavior. Its sensitivity to displacement measurements is shown to be due only to birefringence, being that core-cladding mode coupling is negligible. High precision (～0.45 μm) was obtained using three different measurement instruments, showing an extremely high stability and high insensitivity to temperature, demonstrating that the sensing system has the ability for low cost applications.     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计（OTDR）和光纤形片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器－分布式光纤形变片,该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量,作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法,值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化。     

可用于建筑结构检测的分布式光纤形变片

本文在光时域反射计(OTDR)和光纤形变片的基础上,提出了一种分布式光纤传感器-分布式光纤形变片.该检测方法属于OTDR的损耗调制法,即通过测量粘贴于光纤形变片上的光纤弯曲损耗来获取测量点的应变量或位移量.作者分别在微位移架和悬臂梁进行了位移检测和应变检测,结果表明该分布式光纤形变片提供了一种可检测应变量与位移量的检测方法.值得注意的是,该分布式光纤形变片的传感网络采用时分复用的总线拓扑,能在一根光纤上同时检测多个检测点的变化.     

双芯复合格点光子晶体光纤的负色散特性

介绍了一种双芯复合格点负色散光子晶体光纤,其包层是由连续电介质纯硅背景上挖出的两种大小不同的空气孔构成,芯区是由掺锗的高折射率的材料构成。为了实现负色散,还移去了包层中的一圈空气孔。采用频域有限差分法对其负色散特性进行分析表明,通过调整空气孔间距和两种空气孔的尺寸,可以得到不同程度的宽带负色散。当内芯半径取0.95μm,孔间距取2.15μm,大空气孔直径取1.9μm,小空气孔直径取1.1μm时,可在1.55μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了200 nm。这种光纤的包层中空气孔呈六边形分布,空气孔的尺寸均大于1μm,降低了制作的难度。这种光纤可以用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。     

Optical tapping element for multimode fibers

We report on an optical tapping structure for multimode fibers. Its characteristic features are: 1. simple fabrication; 2. good reproducibility; 3. simple technology; 4. high coupling efficiency. The principle of the tap is based on a lateral displacement of waveguides which are butt joined. The displacement defines the fraction of power to be tapped off. With a lateral displacement of 15μm and a fiber with 100 μm outer diameter and 90 μm core diameter (acceptance angle ±30°) we measured a total coupling efficiency of 74% (73% remains in the main trunk line, ? 1% was tapped off) even though this fiber according to its high acceptance angle was not suited for the geometry of our structure. A diagram is given which shows the coupling efficiencies as a function of the lateral displacement of the fibers.     

一种新的低非线性宽带色散补偿微结构光纤的设计

采用矢量光束传输法对空气孔包层呈正六边形分布的微结构光纤的色散和非线性特性进行了数值模拟。通过分别调节内三层空气孔的直径和包层空气孔节距,设计了一种低非线性宽带色散补偿微结构光纤。该光纤在波长1.55 μm处具有－3 235.8 ps/nm/km的大负色散,可在以1.55 μm为中心的100 nm宽带波长范围对相当于自身长度190倍的普通单模传输光纤进行宽带色散补偿(色散补偿率偏移在0.5%以内),同时该光纤可在此宽带波长范围内保持非线性系数低于5 W^-1·km^-1。     

光纤法珀应变传感器串并联混合复用的离散腔长变换解调研究

光纤法珀传感器复用的输出信号复杂,解调相当困难.为实现其串并联混合结构复用,根据光纤法珀应变传感器的双光干涉原理,阐述了传感器串并联混合复用的输出信号特征,分析了信号中各项成分对离散腔长变换方法解调结果的影响,并进行了计算机仿真.最后搭建实验平台,进行了四个传感器串并联混合复用的实验研究,证明该方案可行,解调准确度1 μm.     

A novel method for measuring optical fiber delay lines based on the optical fiber low-coherence Young's interferometer

According to the principle of double-beam interference imaging using an infrared broadband light source, a novel method based on the optical fiber low-coherence Young's interferometer for the measurement of programmable optical fiber delay line is proposed. By measuring the small length increments of delay fiber through the evaluation of the central positions of zero-order interference fringes, we successfully construct a system with a variety of important functions, such as real-time controlling, measurement and displaying. This system offers the benefit that it can be regulated precisely to generate interference stripes once again after the length of fiber segment changes. When the locations of central stripes are moved to coincide with the original markers, the determination of the corresponding fiber optical delay time becomes really simplified, as just by reading out the tinny displacement of the reference arm. Multiple groups of experimental results demonstrate the outstanding performance of the proposed system since it bears a measuring accuracy of μm and a measuring range from 1 mm to 20 cm.