基于阵列波导光纤温度特性的分布式光纤布喇格光栅解调法

设计了一种使用阵列波导光栅对分布式光纤布喇格光栅中心波长较大范围变化的解调方法.根据阵列波导光栅各通道的中心波长可随温度变化而改变的特性,通过控制软件循环地在几分钟内使加在阵列波导光栅的芯片温度从30℃线性增加到90℃,同时用微机高速采集各通道的数据并分别找出各通道数据的最大值时刻所对应的阵列波导光栅芯片温度,从而根据其波长-温度关系在微机上报告此时各光纤布喇格光栅的中心波长.实验结果表明,系统有效地解决了分布式解调的问题,微机以小于10min的周期报告出每通道0.6nm范围变化的光纤布喇格光栅中心波长(共40个通道),测量相对误差小于2%.     

基于法布里-珀罗标准具和多光栅校准的光纤布喇格光栅波长解调系统

为了消除由法布里-珀罗标准具的干涉峰偏移引起的光纤布喇格光栅波长解调误差,采用多参考光栅进行法布里-珀罗标准具波长校准,搭建了相应的光纤布喇格光栅解调平台.将待解调光栅、法布里-珀罗标准具和多个参考光栅分别接入采样通道,用多个参考光栅对法布里-珀罗标准具进行波长校准,得到准确度较高的标准具干涉峰波长,再以此波长计算待测光栅波长,降低了校准误差.实验结果表明,利用该方法搭建的光纤布喇格光栅解调系统校准的重复性误差小于1.6pm,波长解调误差低于1.8pm.     

基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法

本文提出并论证了一种光纤光栅高速解调的新方法, 利用色散补偿光纤的色散效应, 将光纤光栅的波长漂移信息转换成时域信息. 采用脉冲激光器作为光源, 仅需一个光脉冲可获取单根光纤上所有光纤光栅的反射光脉冲, 再根据各个光栅反射回光脉冲的延时变化即可实现波长的解调. 本方法可用于准分布光纤光栅传感网络解调, 系统采用全光纤结构, 无需波长扫描, 大大提高了解调速度. 本文搭建了测试系统进行实验验证, 对3个光纤光栅组成的准分布式传感网络进行了解调, 实验结果表明, 解调出的光纤光栅布喇格波长线性度好, 解调速度最高可达1 MHz, 采样数据取10次平均后解调线性度可达0.9969, 解调误差约为27.8 pm.     

光谱频移的炸药熔铸温度网络监测系统研究

为了准确、稳定、全面地获得炸药熔铸过程各个位置的温度变化情况,设计了基于布喇格光栅光谱频移的温度实时监测系统。通过光纤组网系统对炸药熔铸过程炸药指定位置的多个点同时进行实时温度监测,根据光栅的布喇格波长与光栅温度之间存在的线性关系,建立光栅布喇格波长线性频移与光栅温度的函数,获取炸药不同位置的准确温度。四个通道通过耦合器共用同一个宽带光源,每一根光纤上的5个光栅的布喇格波长相互分开。实验所用的光栅为自己设计封装好的光栅,用保偏熔接机将光栅与光纤熔接上,经解调仪获取温度数据。将获取的温度数据经Origin处理绘制时间―温度曲线。结果显示,布喇格光栅测得的温度能很好的满足实验要求。     

基于阵列波导光栅的边缘滤波温度解调系统

为克服传统阵列波导光栅解调系统体积大、价格昂贵等问题,提出了以窄带光源为输入光源,采用边缘滤波和阵列波导光栅相结合的解调方案,实现对增敏封装后的光纤光栅温度传感器进行温度解调实验。以窄带光源作为输入,通过边缘滤波的方法使得温度传感器反射谱的中心波长偏移程度与解调光路输出光强的变化相对应,利用阵列波导光栅的波分复用实现多传感器同时测量,实现了多传感器多通道的分布式测量,实验结果表明:解调系统的波长解调范围为1 545.30 nm～1 560.50 nm,对35 ℃～42 ℃的温度范围进行检测,波长解调精度为±5.34 pm,温度测量误差可达±0.1 ℃。     

阵列波导光栅解调的准分布式光纤光栅传感器

从理论上和实验上研究了一种操作简单、响应速度快,价格低廉和高分辨率的基于阵列波导光栅(AWG)的准分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器.该传感系统采用了阵列波导光栅双通道强度解调技术对光纤光栅的布拉格波长和温度进行精确的解调.实验结果表明,该系统对宽带宽光纤光栅的布拉格波长和温度解调均具有高线性度,考虑系统稳定性及光纤布拉格光栅之间的串扰影响,波长测量精度仍可达2 pm,温度测量精度优于0.2℃.     

基于光子集成芯片的可穿戴光纤光栅解调研究

为了实现光纤光栅传感器在可穿戴系统中的应用,提出了一种基于硅基光子集成芯片的可穿戴光纤光栅传感解调系统。基于比利时iSiPP50G工艺的光子集成芯片由4×1长波长VCSEL阵列、1×8阵列波导光栅、2×2 MMI耦合器、4×1光纤光栅耦合器阵列、Ge-on-Si波导光电探测器、直波导和弯曲波导等组成。在完成对VCSEL光源金线键合和光子集成芯片光纤耦合封装的基础上,设计了手环式解调电路,对人体温度和心音信号进行了实时测量。实验结果表明:解调系统的动态波长检测范围为1 540 nm～1 560 nm,波长分辨率为0.08 pm,解调精度为5 pm,温度监测范围为35℃～42℃,误差为±0.1℃;可检测50 Hz～100 Hz频率范围内的心音信号,可识别出第一心音和第二心音,并计算出心动周期、心率、第一心音时限、第二心音时限和心力等特征参数。     

基于时分复用和窄波长扫描激光的长距离光纤布喇格光栅传感系统

提出了一种通过提高长距离光纤布喇格光栅传感系统容量,从而实现多传感点参量测量的新方法.采用时分复用、窄波长范围扫描激光方式,将多个中心波长相近的低反射率光纤布喇格光栅放置于系统的不同位置,构成准分布式光纤传感系统,实现了多个传感点参量的同时测量.同时提出了采用掺铒光纤和喇曼混合放大方法来延长传感距离.在系统的中间加入一个喇曼泵浦进行喇曼放大以此补偿光纤布喇格光栅反射的信号,系统末端的掺铒光纤利用前面喇曼泵浦剩余的泵浦功率产生自发辐射光并放大传感信号,使得整个系统的传感距离延长.实验证实:将三只中心波长均在1580nm附近,反射率均小于4%的光纤布喇格光栅,分别放置在系统的不同位置,在200km处获得了15dB的信噪比,反射信号明显;并且在200km处的静态应变和温度实验中,线性度均达到了0.999以上.     

基于布喇格光纤光栅的电沉积应力演变测试

提出了一种测试电沉积应力演变的方法.其机理为当带金属包层的布喇格光纤光栅为阴极进行电沉积时,在沉积应力作用下,布喇格光纤光栅的中心波长将发生漂移,以此可推知沉积应力的大小.测试中首先利用光纤光栅解调仪记录电沉积应力作用下的布喇格光纤光栅中心波长的偏移量,并将整个沉积时间分成小的时间段;然后依据沉积速度和标定的不同沉积厚度下的布喇格光纤光栅应力灵敏度,计算出每时间段的应力值;最后将各时间段应力累加以获得累积应力随时间的演变.以电镀镍为例,使用涂覆有化学镀镍磷金属包层的布喇格光纤光栅传感器,进行电沉积应力测试,测试表明:当测试镍镀层厚度小于50μm时,传感器灵敏度大于7pm/MPa,准确度大于0.14 MPa;在6 000s的电镀时间内,累积压应力为173.049 9 MPa.     

基于时分复用和窄波长扫描激光的长距离光纤布喇格光栅传感系统

提出了一种通过提高长距离光纤布喇格光栅传感系统容量,从而实现多传感点参量测量的新方法.采用时分复用、窄波长范围扫描激光方式,将多个中心波长相近的低反射率光纤布喇格光栅放置于系统的不同位置,构成准分布式光纤传感系统,实现了多个传感点参量的同时测量.同时提出了采用掺铒光纤和喇曼混合放大方法来延长传感距离.在系统的中间加入一个喇曼泵浦进行喇曼放大以此补偿光纤布喇格光栅反射的信号,系统末端的掺铒光纤利用前面喇曼泵浦剩余的泵浦功率产生自发辐射光并放大传感信号,使得整个系统的传感距离延长.实验证实：将三只中心波长均在1 580 nm附近,反射率均小于4%的光纤布喇格光栅,分别放置在系统的不同位置,在200 km处获得了15 dB的信噪比,反射信号明显|并且在200 km处的静态应变和温度实验中,线性度均达到了0.999以上.     

基于阵列波导光栅的快速波长检测方法

针对现有波长检测技术的不足,提出一种采用阵列波导光栅（AWG）进行波长快速检测的方法,该方法利用AWG对波长信号进行空间分离,将波长信号转化为光场强度信号,利用传统的光场强度检测手段实现波长检测。给出了分析这种检测方法光学特性的数学模型,应用此模型,分析了AWG性能参数对波长检测性能的影响。分析表明：待检测的波长信号可以通过AWG相邻通道的功率比的对数值进行线性表达;减小AWG通道波长间隔或其半波全宽（3dB带宽）可以提高波长检测灵敏度;此方法对AWG的通道不平坦度不敏感;通过对AWG进行±0．1℃的温度控制,此方法可以达到±0．005nm的波长检测精度。     

低热应力热稳定曲线型阵列波导光栅复用器

相对方形阵列波导光栅波分复用器芯片而言,采用曲线切割的复用器芯片可以成倍地增加单个晶圆上的复用器产出率,但是曲线切割复用器的中心波长更加容易受到热应力的影响,该热应力是由于封装盒与耦合到复用器芯片上的带状光纤之间的线膨胀系数差异所引起的.本文实验分析了封装热应力对复用器中心波长的影响,结果表明,封装热应力与复用器中心波长之间的变化成线性关系.即使采用比较软的硅橡胶将复用器上的带状光纤固定到封装盒上,对于热稳定封装的曲线复用器而言,当环境温度在-20~65℃之间变化时,其中心波长也会有46 pm的变化.通过在热稳定复用器封装用的加热片上贴一片高硼硅玻璃,同时将带状光纤用硅橡胶固定到高硼硅玻璃上的方法,既保证了带状光纤相对封装盒固定,又减小了它们之间线膨胀系数不一致导致的热应力.实验结果表明,在-20到65 ℃温度范围内,这种复用器模块的中心波长高低温变化典型值小于5 pm,而且光纤所受的应力典型值小于0.029 MPa.     

聚合物/二氧化硅混合型无热化阵列波导光栅参量的优化

研究一种新型无热化聚合物/二氧化硅混合波导组成的硅基二氧化硅阵列波导光栅.阵列波导光栅对温度的依赖性受波导物质的折射率和波导芯的尺寸影响.通过调节这些参量就可以减小温度对阵列波导光栅的影响.优化得到混合型阵列波导光栅在温度20~70℃范围内波谱漂移小于常规型 AWG结构的5%.     

基于光谱线性频移的粮仓温度网络监测系统的研究

为了精确、稳定地获得粮仓内大范围的温度分布,设计了光纤布拉格光栅测温系统。利用光纤布拉格光栅所测温度与中心波长之间存在线性的关系,根据光谱线性频移函数获得仓内各位置的精确温度。其中每个光栅的工作波长相互分开,经3 dB的耦合器反射后,再用波长探测解调系统对多个光栅的线性频移进行测量,即可检测出仓内各处的温度。实验采用FBG封装的光纤、LPT-101型光源、放大处理电路等设备获得采集得到的温度信息。通过Origin软件画出了被测温度与波长频移的关系图,同时与传统的测量方法K型热电偶的测量数据进行比较。实验结果显示,光纤布拉格光栅测得温度与标准温度更接近,且抗干扰能力更强,满足粮仓内大范围温度监测的要求。     

A novel fiber Bragg grating interrogating sensor system based on AWG demultiplexing

A fiber Bragg grating (FBG) interrogating technique based on the relative intensity-demodulating and the demultiplexing of an arrayed waveguide grating (AWG) is presented in this paper. The analytical simulation and the experiment validate the feasibility of this setup. Both theoretical and experiment results show that the shift of the Bragg wavelength of the FBG sensors can be precisely interrogated by the relative intensity reading of two-adjacent-channels of the AWG-based demultiplexer. Errors caused by the light source fluctuation and micro-band losses can be reduced with the relative technique. This technique potentially offers a low-cost, compact, and high-performance solution for the interrogation of FBG distributed sensors.     

一种新型温度自适应光纤光栅动态传感系统

 研究了采用温度控制光纤Bragg光栅（FBG）作为信号解调器件的自适应光纤光栅动态传感系统。系统利用半导体制冷器件对滤波用FBG进行温度控制，以改变FBG的窄带滤波波长，使之在合适的滤波波长工作，以适应测量环境温度变化，实现对传感器环境温度变化的自适应。通过采用参考信道，去除系统噪音，提高测量精度。系统动态应变传感精度达到9.745×10^-10(Hz^-1/2。     

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。     

Application of high-precision temperature-controlled FBG filter and light source self-calibration technique in the BOTDR sensor system

A high-precision temperature-controlled narrow band-stop fiber Bragg grating(FBG) filter and light source self-calibration technique are proposed for application in the Brillouin optical time domain reflectometer (BOTDR) sensor system.With the proposed application,the BOTDR sensor system maintains good long-term stability and temperature precision through the reduction of the center wavelength drift in the FBG filters and corresponding decrease in the changes in light intensity.The experiment result shows that temperature precision of 1℃and temperature stability of 0.7℃can be achieved in a temperature sensor over a range of 8 km.