基于PCF-LPG的差分算法实现对光纤传感器的噪音消除

为了有效消除光源抖动及系统不稳定因素给光纤传感器带来的噪音干扰,提高光纤传感器的准确度,本文提出了一种基于光子晶体光纤长周期光栅的差分算法.利用光子晶体光纤长周期光栅良好的温度稳定性及宽光谱滤波特性,同时监测位于光子晶体光纤长周期光栅透射谱正负斜率线性区域内的两个信号功率变化.这两个信号是经同一路径到监测设备的,包含光...     

光子晶体光纤及在光纤光栅中的应用

从光子晶体光纤(PCF)与普通光纤在光纤结构上的差异出发，简要分析PCF的导光原理与单模特性，并探讨基于PCF的光纤光栅的稳定性，基于聚合物填充多孔光纤的长周期光纤光栅的温度调谐性能，以及纯结构性非光敏纤芯长周期光子晶体光纤光栅的原理。从一个方面说明了光子晶体光纤的潜在应用。     

CO_2激光写入的长周期光纤光栅加速度传感器实验研究

基于高频CO_2激光在普通单模光纤上制作的长周期光纤光栅的应变和弯曲特性,本文设计制作了一种新型的加速度传感器.基于等强度梁理论分析了梁振动与长周期光纤光栅输出光强之间的关系,最后推导出了系统的加速度理论模型.文中搭建了长周期光纤光栅加速度计的实验测量系统.实验结果表明系统的加速度灵敏度约为2.82 v/g,准确度约为8.96×10~(-4) g,加速度测量误差约为0.82%.基于这种长周期光纤光栅的加速度计具有成本低、灵敏度较高等优点,因此在振动测量、惯性导航等方面将具有较好的潜在应用价值.     

基于掺铒光子晶体光纤超荧光光源的实验研究

为了改进传统掺铒光纤超荧光光源的输出稳定性,提出基于掺铒光子晶体光纤的超荧光光源。构建了单程后向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源,研究了这种新型光源的输出特性。分析了掺铒光子晶平均波长体光纤长度和抽运功率对光源输出功率、光谱谱宽和平均波长的影响。结果表明,通过优化选取光纤长度28m和抽运功率220mW,获得了单程后向结构超荧光光源输出如下:输出功率45.74mW、光-光转换效率20.79%、谱宽31.5nm和平均波长1548.003nm。该实验结果为进一步研究掺铒光子晶体光纤超荧光光源在不同环境下的稳定性奠定了基础。     

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.     

基于差分光谱吸收技术的双光纤光栅乙炔测量系统

提出一种基于双光纤光栅(FBG)差分光谱吸收技术的乙炔测量系统.以光纤光栅反射出的窄带光作为探测光, 基于红外吸收理论实现乙炔浓度的检测.通过引入参考光栅, 有效抑制了光路噪声、暗电流等干扰因素, 实现了大背景信号下微弱信号的测量;利用数字滤波技术, 消除了系统响应信号中的低频干扰, 提高了系统的稳定性和可靠性.实验结果证明系统具有良好的测试重复性和较高的测试灵敏度, 最低检测限约为25×10-6.本文的研究成果对进一步研究实现多组分混合气体的测试具有重要的意义.     

薄包层长周期光纤光栅薄膜传感器特性研究

基于薄膜参量变化引起的长周期光纤光栅模式重组机制,系统研究了光纤包层半径变化对长周期光纤光栅薄膜传感器特性的影响.结果表明,在相同薄膜参量下包层半径的减小可有效提高传感器的灵敏度,并增大传感器对薄膜参量变化响应的动态范围,但减小包层半径对传感器的增敏效应随薄膜厚度的增大而减小.通过氢氟酸腐蚀减小包层半径,采用静电自组装法在包层表面镀制PAH/PAA薄膜,镀膜过程中光纤光栅输出的光谱数据证实了理论分析结果.实验结果表明:半径为39μm、膜厚为424nm的长周期光纤光栅薄膜传感器在溶液pH值检测中的灵敏度达3.93nm/pHU,比标准包层时的灵敏度提高了1倍.     

一种基于结构性改变的光子晶体光纤光栅理论研究

对一种新型基于结构性改变的光子晶体光纤光栅原理进行了研究.采用多极法分析了结构性改变对折射率的影响,得到有效折射率与包层气孔塌缩之间的关系,建立了结构性改变光子晶体光纤光栅模型.利用耦合模理论对所成光栅性能进行了分析,重点研究了包层空气孔层数、空气孔占空比、气孔塌缩程度对光栅谐振波长、带宽的影响.研究结果表明,光子晶体...     

基于Sagnac环的FBG时分复用强度解调技术

提出了一种基于Sagnac光纤环的布拉格光栅时分复用强度解调方法,多个中心波长相同的光纤布拉格光栅组成时分复用传感网络,通过光纤布拉格光栅网络输出光谱的强度变化对光信号进行解调;在系统信号解调模块,采用小波分析与高斯拟合的算法对信号进行滤波处理及拟合优化处理。实验结果证明,系统信号信噪比由8.06 dB提高到11.7 dB,提高了约36%,有效提升了系统的抗干扰能力以及检测外界参量传感的准确度。该方法在极大降低解调系统成本的同时,有效提高了布拉格光栅传感器复用数量,可用于各种传感系统或者参量检测系统中。     

FBG滤波的级联LPFG温度和折射率传感装置

利用长周期光纤光栅具有较高的温度、折射率灵敏度,以及光纤布喇格光栅具有较高反射效率的特点,设计了一种基于光纤布啦格光栅滤波的级联长周期光纤光栅温度和折射率传感装置.利用光纤布喇格光栅的高反射率,将级联长周期光纤光栅干涉波峰的局部功率反射到功率计中,实现了温度和折射率的测量.基于信号叠加原理,对光纤布喇格光栅滤波的级联长周期光纤光栅温度和折射率传感方法的可行性进行了分析.将实际测得的功率计示数与温度以及折射率的变化进行二项式拟合,其确定系数分别为0.9990和0.9959,表明该传感方法可用于温度和折射率的精确测量.最后对该装置的稳定性做了一系列的测试,验证了该传感系统具有较高的稳定性.     

Polarization-dependent refractometer for discrimination of temperature and ambient refractive index

Transmission characteristics of polarization-dependent refractometer based on a surface long-period grating (SLPG) inscribed in a D-shaped photonic crystal fiber (PCF) are investigated. The birefringence of SLPG produces the separation of transmission spectra for TE and TM polarization modes. We also measure the sensitivities of PCF-based SLPG to temperature and external refractive index change depending on the input polarization states. The SLPG-based sensor exhibits different temperature and ambient index sensitivities corresponding to TE and TM polarization modes. Therefore, the SLPG inscribed in D-shaped PCFs can effectively discriminate temperature and ambient index sensitivities.     

基于长周期光纤光栅的可变体机翼翼表温度测试系统研究

为实现可变体机翼翼表温度的高精度的实时检测,设计了一种基于长周期光纤光栅(LPG)的温度测试系统.该系统采用长周期光纤光栅作为温度传感元件,高双折射光纤环镜作为边缘滤波器件.在边缘滤波理论研究的基础上,提出了一种降噪增敏的算法.实验中将LPG粘贴在可变体机翼翼表材料的表面,当外界温度发生变化时,LPG的谐振波长发生偏移...     

光子晶体光纤布拉格光栅传输谱特性的分析

研究光子晶体光纤中光纤光栅的传输谱特性对于研制基于光子晶体光纤的光纤光栅器件有着重要的意义。结合耦合模理论和光束传输相关函数方法,对一种典型光子晶体光纤中的布拉格光栅(FBG)传输谱进行了理论分析。比较了光子晶体光纤中布拉格光栅与常规布拉格光栅的传输谱。数值分析了光纤截面结构变化对于光栅传输谱的影响,并给出这种影响的定性解释。计算结果显示,与常规光纤光栅相比,包层模共振引起的损耗峰与正反向纤芯模耦合引起的损耗峰可以相比拟,而包层模共振的间隔也比常规光纤中光纤光栅的包层模共振间隔要大。同时给出了晶体光纤截面上空气孔的占空比,空气孔的排布层数对于传输谱影响的规律。     

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。     

高双折射光子晶体光纤中均匀布拉格光栅的特性

研究了具有高双折射的光子晶体光纤(HB PCF)中均匀布拉格光栅(FBG)的光谱特性。利用紧凑的超格子模型,对光子晶体光纤的传输特性进行分析,研究正向传输和反向传输的模式之间的耦合规律,从而研究写入光子晶体光纤中的均匀布拉格光栅的特性。首先给出具有C6v对称性的零双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的布拉格波长λB随光纤结构参量的变化规律;然后分析一种高双折射光子晶体光纤中的光纤布拉格光栅的光谱特性,高双折射使两个不同偏振态的反射峰分开较大;最后分析了一种常用的双模双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的光谱特性,LP01模和LPe11模的两个偏振态对应的反射谱都由于高双折射而分开。     

新型波长解调技术在干涉型光纤传感器输出解调中的应用

提出了一种改进型边缘滤波波长解调技术,解决干涉型或谐振型光纤传感器输出的干涉谱波长的快速解调问题。该波长解调技术基于啁啾光栅和长周期光栅的光谱特点,以啁啾光栅作为矩形滤波器,提取传感器输出干涉谱的一个干涉峰;以长周期作为边缘滤波器,将干涉峰的波长信息转化为光强信息进行检测。该波长解调技术波长解调范围为传感器输出干涉谱的一个自由光谱范围(FSR),解调速度快,克服了当前波长解调技术中存在的测量范围与测量速度难以同时提高的问题,同时还具有系统成本低 ,体积小,能够灵活多路扩展的特点。详细介绍了解调系统的工作原理以及系统结构,并将其实际应用于一种干涉型光纤电流传感器输出干涉谱的波长解调中。通过实验证明电流传感器工作在工频及脉冲电流(脉冲宽度25 μs)情况下,该解调系统对传感器输出干涉谱具有准确、快速的解调效果。该研究对推进干涉或谐振型光纤传感器的实际工程化水平的提高具有重要意义。     

In-fiber polarizer based on a long-period fiber grating written on photonic crystal fiber

A novel in-fiber polarizer based on a long-period fiber grating (LPFG) is written by using a focused CO2 laser beam to notch a photonic crystal fiber periodically. Such a polarizer exhibits a high polarization extinction ratio of more than 20 dB over a wide wavelength range of ~11 nm near 1550 nm and a very low temperature sensitivity of 3.9 pm/ degrees C, which overcomes the disadvantages of the temperature sensitivity of other in-fiber polarizers created on conventional single-mode fiber.     

A cheap and practical FBG temperature sensor utilizing a long-period grating in a photonic crystal fiber

A whole temperature sensor in one package utilizing a fiber Bragg grating (FBG) made in a conventional single-mode fiber and which uses a long-period grating (LPG) made in a photonic crystal fiber is proposed and experimentally demonstrated. The function of the interrogation is that the wavelength change of the FBG with environmental temperature is transferred to the intensity of the output via the LPG. Utilizing the temperature-insensitivity of the LPG in the PCF, the interrogation is stable and enables a cheap and practical temperature measurement system with a wide dynamic range.     

Simultaneous strain and temperature measurement using a highly birefringence fiber loop mirror and a long-period grating written in a photonic crystal fiber

We present a new design for simultaneous strain and temperature measurement using a high-birefringence fiber loop mirror (HiBi-FLM) concatenated with a temperature-insensitive long-period grating (LPG) written in a photonic crystal fiber (PCF). The FLM acts as a sensor head, while the LPG in PCF serves as a filter to convert wavelength variation to optical power change. By measuring the wavelength variation and the power difference of two near peaks in the spectral response of this configuration, simultaneous strain and temperature measurement is obtained.