偏振态对分布式光纤泄漏检测系统的影响研究

研制了一种基于Sagnac干涉仪的直线型分布式光纤传感器,可实时进行管道泄漏检测与定位。分析和研究了该干涉仪的泄漏检测原理、泄漏源定位方法以及光偏振态对传感器性能的影响。当两束光偏振态相同时,系统具有最佳的性能;当两束光正交时,无法实现信号检测。管道泄漏的实验结果表明,该系统能较准确地确定泄漏源位置,且定位误差为0.69%。     

矢量场完全相干与偏振的内在关联

基于统计相似理论,利用完全相干所隐含的两点处光场分量间的关系,分别对Wolf和Setl定义下完全相干所对应的偏振特性进行研究。分析完全相干所包含的光场偏振度特性以及偏振部分的偏振态分布特征,并找出光场分量间的线性特性与椭圆率和方位角之间的关联形式,最后进行了模拟仿真实验。结果表明,基于Wolf定义的完全相干,两点处光场的偏振度可以是任意的,但是这两点处的偏振度以及交叉偏振度绝对相等,且两点光场完全偏振部分的偏振态也完全一致;基于Setl定义的完全相干,对应着两点处的光场均是完全偏振的,但是这两点光场的偏振态并不一致,而且它们的椭圆率以及方位角之间并无特定联系。     

多点扰动对光纤分布式扰动传感器定位准确度的影响

基于激光干涉原理,建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤分布式扰动传感器多点同时扰动的信号模型.在此基础上,通过数值模拟研究了多点同时扰动对传感器定位准确度的影响,明确了多个扰动信号同时作用时扰动的幅值比和位置差不同情况下传感器的定位准确度.仿真结果表明:当多点同时扰动的信号幅度差别大于等于20倍时,可以给出较强扰动的定位信息;当多点同时扰动的空间距离小于等于100m时,可以近似看成单点扰动.在光路中增加偏振分束器来抑制偏振衰落的影响,并采用信号发生器对实验光路中的两个压电换能器同时施加正弦信号来模拟扰动进行实验.实验结果表明:在5km和10km的位置同时施加扰动,当两个扰动的幅值比大于等于20时,距离较强扰动点的最大定位误差的最大值为200m;在5km和5.05km位置同时施加幅值比为1的扰动,距离5km位置的最大定位误差为200m,验证了仿真结果的正确性.该研究为多点同时扰动条件下光纤分布式扰动传感器定位准确度的提高和误报率的降低提供了理论指导.     

布里渊散射谱相干检测的消偏振衰落技术

在布里渊光时域反射计（BOTDR）的相干检测系统中,为减小偏振失配对布里渊谱测量精度的影响．针对后向布里渊散射光偏振态沿光纤随机变化,而同一记录点在重复采样周期内几乎不变的特点,结合偏振分集和扩展的思想,提出了实现简单而有效的时域偏振分集技术。理论分析表明,不管布里渊散射信号光的偏振态如何随机变化,采用该技术有较稳定的信号光功率与本振光被外差接收,接收信号对偏振态随机变化不敏感。系统实际上可基本不改变原系统体系,只对本振光施以无循环反馈的简单偏振控制。在布里渊时域反射计系统巾实验对比了采用与不采用该技术的结果,表明前者的接收信号功率幅度约是后者的四分之一．抑制幅度起伏效果明显。     

基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法

提出了一种在数字全息记录系统中利用偏振和角分复用技术对光场进行偏振态检测的方法. 将全息系统中的一束参考光分为偏振方向相互正交、初相位相同的两束光, 并分别与物光相同偏振方向的两个分量干涉, 形成两幅子全息图, 同时记录在一帧画面中. 为了分开记录到的物光两个分量, 系统中利用了角分复用技术, 即在两束参考光中引入不同载频, 使物光两分量的频谱位于全息图频谱面的不同区域. 通过滤波、逆傅里叶变换和衍射计算, 获取距离全息图不同位置处物光两正交分量复振幅信息. 利用复振幅信息, 可以构建被测物光的斯托克斯参量和琼斯矢量, 从而表征物光的偏振态. 实验中, 通过对一束椭圆偏振光进行偏振态测量以及对该光束在不同空间位置处的偏振态进行表征, 表明该方法可以实现光束偏振态全场测试, 并且具有较高的可靠性. 关键词： 数字全息 偏振态 琼斯矢量 斯托克斯参量     

基于Pancharatnam-Berry相位调控产生混合偏振矢量光束

提出了一种基于Pancharatnam-Berry(PB)相位调控产生混合偏振矢量光束的方法.按照光轴随空间坐标变化的规律,用相位延迟为π的PB相位元件对PB相位进行操控,获得局域偏振为线偏振的矢量光束,将此矢量光束入射到四分之一波片,产生混合偏振矢量光束.通过测定斯托克斯参数重构输出光场的偏振分布,实验结果表明:当以θ0=0的线偏振光入射时,输出光场包含庞加莱球上垂直于S3轴经线圆上所有偏振态的混合矢量光场;当以θ0=π/2的线偏振光入射时,输出光场包含庞加莱球上垂直于S1轴经线圆上所有偏振态的混合矢量光场.     

POTDR分布式光纤传感及其在安防监测中的应用

提出了一种基于偏振光时域反射计分布式光纤传感技术的新型安防监测系统.该系统使用偏振分束器获取到具有正交偏振态的两路偏振光时域反射计信号,对比验证以确认是否出现了造成偏振态变化的扰动,提高了系统对扰动远程定位检测的准确度,大幅度减小了误判率和漏报率.同时在偏振光时域反射计系统的扰动探测中创造性的采用差值法和相对坐标相结合的方法,首次可以明显并且直观地检测和定位偏振光时域反射计系统中的扰动.最后采用Visual C++开发了一套实时的数据采集与处理软件.实验结果表明该系统具有较高的灵敏度,并在2 km和14 km处获取到具有较高信噪比的扰动信号.     

偶氮苯聚合物薄膜光致六角对称微结构

利用前向箭并四波混频光路,在偶氮苯聚合物薄膜表面制作出六角对称的晶体微结构,观察到多个相位共轭波,当三束入射光都处在p偏振态时,在样品表面可得到一维光栅,当三束入射光中有一束在p偏振态,另两束在s偏振态时,在样品表面上得到的是六角对称微结构,这一结果表明,光场强度周期性变化及光场偏振态对晶格微结构的形成非常重要。     

基于支持向量机的分布式光纤泄漏检测定位系统及实验分析

针对基于Sagnac和Mach-Zehnder混合干涉仪的分布式光纤管道泄漏检测定位系统进行了泄漏实验,采用在1 km~9 km之间的20组泄漏点样本,依据支持向量机建立样本数据的回归模型,对支持向量机的相关调整参数进行了优化,对系统的灵敏度进行了分析。实验结果表明,经SVM回归分析可得,处理后样本比实验所得泄漏点位置更接近实际泄漏点位置,传统定位方法得到的泄漏点位置平均绝对误差为118.85 m,经过回归分析后样本的平均绝对误差为92.01 m,定位精确度达99.85%,定位精度提高;当泄漏点距法拉第旋转镜的距离越远,检测系统的灵敏度越小,当泄漏点位置超过10 km时,系统的灵敏度低于0.5 Hz/m。     

正交偏振干涉的矢量光场分析和检测

在大学物理中,光的干涉和衍射现象是描述光的粒子性和波动性非常常见的内容。那么光的干涉需满足相干条件,即两束光具有相同的偏振态、相同的频率和固定的相位差。因此,在标量衍射理论中,完全正交偏振的光不能够发生干涉现象。为拓展和探究正交偏振态下两束光相遇时光场的矢量变化,本文构建了基于马赫-曾德尔配置的正交偏振光(即正交线偏振和正交圆偏振)相干涉而产生的光场,利用检偏器检测光场的矢量特征及条纹分布情况。结果表明正交偏振光相干涉产生了周期性的矢量光场。该研究能够帮助学生更加直观的掌握波片及偏振片调制不同偏振态的光束并实现矢量光场的检测和分析。     

A position sensor based on grating projection with spatial filtering and polarization modulation

A position sensor based on grating projection with spatial filtering and polarization modulation is presented. A grating is projected onto the object to be measured through a 4f optical system with a spatial filter. After reflected by the object, the grating projection is imaged on a detection grating through an other 4f optical system to form moit(e) fringes.The polarization modulated moir(e) signal is deteted to obtain the position of object.The measurement is independent of the incident intensity on the projection grating and the reflectivity of the object to be measured. In experiments, the effectiveness of the position sensor is proved, and the root mean square (RMS) error at each measurement position is less than 13 nm.     

Mie-Rayleigh Doppler Wind Lidar with Two Double-edge Interferometers

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａｃｃｕｒａｔｅａｃｔｉｖｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｏｒｓｆｏｒｇｌｏｂａｌｗｉｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｈａｓｌｏｎｇｂｅｅｎａｈｉｇｈｐｒｉｏｒｉｔｙｎｅｅｄｆｏｒｂｏｔｈｃｌｉｍａｔｅｓｔｕｄｉｅｓａｎｄｗｅａｔｈｅｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ[1] .Ｓｏｆａｒｍｏｓｔｏｆｔｈｅｗｉｎｄｄａｔａｃｏｍｅｆｒｏｍｔｗｏｓｏｕｒｃｅｓ:ｔｈｅｆｉｒｓｔｓｏｕｒｃｅｉｓｆｒｏｍｗｅａｔｈｅｒｂａｌｌｏｏｎｓ ,ｂｕｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｉｓｔｈａｔｔｈｅｒｅａ…     

Mie-Rayleigh Doppler Wind Lidar with Two Double-edge Interferometers

The Mie-Rayleigh direct detection Doppler lidar (DDDL) with two double-edge etalons is presented. Fabry-Perot (F-P) etalon is used as the spectral analyzer for Doppler measurement formthe aerosol and molecule backscattered signals. The aerosol and molecular backscattering signals are separated by a polarization isolator with less signal decrement, so this system has about same accuracy as individual Rayleigh Doppler lidar or Mie Doppler lidar system. The simulation on a proposed ground-based DDDL at 532 nm shows that the velocity error is less than 2 m/s below 8 km for a 100 m vertical resolution by Mie channel and 2m/s up to 20 km by Rayleigh channel, respectively.     

分布型光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度

在分布型光纤拉曼光子温度传感器（ＤＯＦＲＰＴＳ）系统中,自发拉曼光子是温度信息的载体,在２ｋｍ光纤上实时采样１０００个点,用于空间温度场分布的测量。系统采用拉曼光时域反射技术,对所测点进行定位。对分布光纤拉曼光子温度传感器系统的测温精度进行了讨论,由系统的信噪比来确定测温精度,提出了改善测温精度的方法,实际系统的测温精度达±１℃。     

新型分布式光纤管道泄漏检测技术及定位方法研究

介绍了一种基于萨尼亚克(Sagnac)干涉仪的直线型分布式光纤管道泄漏监测系统,实时进行管道泄漏监测和定位。此系统有两条传感光纤,可有效提高管道监测距离。推导了泄漏信号引起的光信号相位变化表达式;分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并在分别距两传感光纤末端的法拉第旋转镜为3.990km和4.024 km处进行了泄漏检测实验。管道泄漏实验结果表明,该系统较准确地确定了泄漏源位置且定位误差小于1.05%.     

基于导频技术的数字束流位置测量系统的研制

为改善传统的束流位置测量电子学系统受电子学通道非线性、温度漂移和系统噪声等因素对位置测量精度带来的影响,介绍了一种新型的基于导频技术的数字束流位置测量电子学系统。该系统硬件包括模拟信号采集电子学、数字信号处理电子学和PTC(导频信号耦合)模块;软件包括顶层应用软件和底层驱动,束流信号与导频信号在耦合电路中耦合后,经电子学处理,在FPGA中计算得到归一化后的束流位置信息。实验室测试结果分析,经导频信号归一化处理后能够有效改善各通道随温度变化的现象,束流位置漂移从4.5 μm改善至0.5 μm,分辨率从57.25 nm提升到13.37 nm,并且进行导频信号开关实验更加直观观测导频信号对束流位置测量的在线校正效果。设计的基于导频信号的数字束流位置测量（DBPM）电子学可以高效、实时地实现对加速器束流位置的在线校正,提升电子学系统的实时分辨率性能。     

水下平台对卫星上行激光通信研究

在合理选择通信系统参量和通信信道参量的基础上,利用Monte Carlo方法模拟了卫星接收到的水下平台上行激光通信信号.分析了卫星接收信号的空间和时间分布特性,以及与望远镜接收视场角的关系,并计算了接收信号的信噪比,得出了3°望远镜视场角和15 μs信号积分时间的优化参量.基于计算结果,根据激光脉冲的PPM调制方式和最大似然检测方法,计算了系统的通信误码率,同时分析了海气界面、云等传输介质对通信的影响.研究结果表明:根据文中给定通信系统参量,在典型海水、海气界面、云等环境条件下,卫星与激光信号中心水平距离5 km范围内信号误码率<10－4.因此位于水下60 m的水下平台可能实现对卫星上行激光通信.     

基于小波降噪的偏振耦合检测分析

理论分析了基于白光干涉的保偏光纤偏振模式耦合检测原理,并以迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振耦合的耦合强度和耦合点的位置进行了测试.由于机械式扫描干涉仪和信号处理电路会受到环境干扰和各种噪声的影响,限制了系统偏振耦合检测的灵敏度,应用小波变换对检测信号进行了分析,采用软阈值方法降噪处理,有效地去除了各种干扰和噪声,提高了干...     

基于菲佐干涉仪测风激光雷达的误差分析

详细分析了基于菲佐(Fizeau)干涉仪测风激光雷达利用条纹重心法反演风速时的方法误差和系统噪声引起的测量误差。提出了方法误差的修正方法,推导出了测量误差理论公式。并用蒙特卡罗方法模拟了低对流层的回波信号,并对其进行条纹重心法风速反演。结果表明:方法误差和气溶胶与分子后向散射比有关,噪声引起的测量误差与信号强度和气溶胶与分子后向散射比有关。在0~5 km,高度采用条纹技术测量的风速误差小于1 m/s。