基于啁啾光纤光栅的粮仓测温网络研究

为了解决传统光纤光栅测温系统中单根光纤上带光纤光栅探头数量少、回波光强弱以及复用能力差的问题,设计研究了基于啁啾光纤光栅的测温系统。通过啁啾调制技术提高了回波光的带宽,从而增强了信号的可处理性并大大提高了带探测点位的数量。推导了啁啾调制的光栅周期表达式,给出了调制方法及波长范围。实验采用LPT-102型宽带光源与F-P光纤解调仪等,调制带宽为1 535.0～1 555.0 nm,并结合WR-201型温度传感器作标定。对20～60 ℃范围内每1 ℃改变进行测试,实验结果显示,传统光纤光栅探头与啁啾光纤光栅探头的测试温度误差相近,都符合设计要求。相比而言,啁啾FBG的测试数据对应的波长偏移具有较为明显的单调线性的特征,即数据稳定性更高,同时,采用啁啾FBG的系统带光纤光栅探头数量明显优于传统光纤光栅测温系统。由此可知,本系统在不增加光纤个数及不降低温度测试精度的基础上,实现了大幅提高带探测点位数量的设计要求。     

强度调制的啁啾光纤光栅加速度传感器

设计了一种基于啁啾光纤布拉格光栅的新型加速度传感器,该传感器主要由矩形悬臂梁构成的传感机构和光纤光谱仪及光电探测器组成。导出了啁啾光纤布拉格光栅的反射谱带宽与加速度的关系;通过光谱仪检测啁啾光纤布拉格光栅反射谱的带宽或检测光电探测器输出的电压,即可获得加速度的大小。实验结果表明,该啁啾光纤布拉格光栅反射谱带宽及光电探测器输出的电压对温度变化不敏感,且在0~700m/s2测量范围内,反射谱带宽与加速度间具有良好的线性关系。由于反射谱带宽展宽造成了光纤布拉格光栅反射率的降低,因此光电探测器输出电压的线性响应范围只能达到0~35 m/s2,带宽和电压灵敏度分别达到0.005 6nm·m-1·s-2和0.785 6m V·m-1·s-2。     

变迹啁啾Bragg光纤光栅的矩阵分析

本文用传输矩阵法分析了各种变迹与线性啁啾Bragg光纤光栅的响应特性,构造了各种变迹函数,进行了比较.分析了变迹函数、啁啾系数、折射率变化量以及光栅长度对反射带宽、最大反射率的影响.找到了最佳变迹函数和量佳啁啾系数.特例中的数值分析表明,补偿100km光纤色散带宽为1nm的最佳光栅长度是140mm,最佳啁啾系数为0.048nm/cm.     

基于啁啾布喇格光栅的液位传感器

设计了一种基于啁啾光纤布喇格光栅的新型液位传感器,该传感器主要由矩形悬臂梁构成的传感机构和光纤光谱仪组成。导出了啁啾光纤布喇格光栅的反射谱带宽与液位的关系;通过光谱仪检测啁啾光纤布拉格光栅反射谱的带宽,就可以得到被测液位的高度。并对设计的传感器系统进行了实验验证,实验结果表明,该啁啾光纤布拉格光栅反射谱带宽对温度变化不敏感,且在测量范围内,反射谱带宽与被测液位间有很好的线性关系。     

柚子型光子晶体光纤啁啾光栅的反射谱特性

利用有限元法和传输矩阵法,对柚子型结构的光子晶体光纤啁啾光栅的反射谱进行了理论分析。得到了啁啾光栅参数和光纤参数对光子晶体光纤啁啾光栅反射谱的影响规律。结果表明随着啁啾系数和折变量的增加,光栅反射谱呈规律变化,当啁啾系数增大到一定程度时几个反射峰会连到一起,形成一个大的反射带宽。光纤的内包层直径和纤芯直径的改变能够影响各反射峰之间的间距。同时研究了切趾变迹对光子晶体光纤啁啾光栅反射谱的影响,研究表明,所用切趾函数会同时对多个峰进行切趾,每个峰的切趾效果都很好。对反射谱波动较大的几个峰相连的啁啾光栅经过柯西切趾后反射谱曲线平滑,适合于实际应用。     

非对称单侧曝光切趾使啁啾光纤光栅获得优化性能

利用谐振理论对啁啾光纤光栅时延纹波和反射谱边瓣的形成原因进行了分析，研究了单侧曝光切趾方式中引入的非常数直流折射率调制分量对啁啾光栅特性的影响，阐明了切趾技术提高啁啾光纤光栅性能的作用机理，提出了一种能够使啁啾光纤光栅获得优化性能的切趾方法，该方法只需对光栅进行单侧曝光，实现简单. 关键词： 光纤布拉格光栅 切趾 群时延 反射谱     

变迹对啁啾光纤光栅色散补偿性能的影响

利用传输矩阵法对啁啾光纤光栅的光学特性进行了数值求解,同时对啁啾光纤光栅进行了变迹处理,使用两种常用的变迹函数获得了较理想的光学特性,在此基础上构造了一种新的变迹函数,通过仿真结果表明,与常用的变迹函数所得到的光学特性相比,具有更宽的反射谱,更平稳的色散曲线,时延特性的线性度更好,使得啁啾光纤光栅作为色散补偿器的色散补偿性能更好.     

连续线性温度梯度场对啁啾脉冲放大系统中啁啾光纤光栅的色散调节效应

利用啁啾光纤光栅的温度可调谐效应,提出了一种新型的色散补偿方法.该方法使啁啾光纤光栅处于一个连续的线性温度梯度场中,通过调节啁啾光纤光栅两端的温度差,改变其色散量,实现在以啁啾光纤光栅为展宽器和以体光栅为压缩器的超快激光系统中对输出脉宽的连续精密调节,并通过实验验证这一方法的可行性.实验结果表明:沿着啁啾光纤光栅应用连续的温度梯度场,当温差从0℃到50℃变化时,可以连续地调节啁啾光纤光栅的色散参数.展宽器和压缩器之间的色散失配可以通过调节线性温度场的温度梯度得到补偿,避免了繁琐的脉宽优化步骤.本文是以啁啾体光栅为压缩器的光纤啁啾脉冲放大系统中通过调节施加在展宽器上的连续线性温度场的梯度,实现对啁啾脉冲系统中的色散失配进行精密调制的技术方案.     

基于啁啾光纤光栅的温度自补偿位移传感器

基于双三角结构的悬臂梁,提出了一种使用啁啾光纤光栅测定位移的方法.悬臂梁受到应力时引起刚性粘接在悬臂梁上的啁啾光栅反射谱带宽压缩,通过测量反射谱带宽进行位移的测量.该结构克服了位移测量时温度的交叉敏感问题,温度变化引起反射谱整体移动但不会改变带宽.测试结果表明该传感器具有较高精度、良好的线性和可重复性等优点.     

啁啾双光纤光栅群时延特性

研究了变迹线性啁啾双光纤光栅的群时延特性及其在高次色散补偿中的应用.分析表明,群时延特性与周期差ΔΛ和不同的啁啾参量C有很大的关系.研究结果表明啁啾双光纤光栅在高次色散补偿和光纤CDMA中有应用价值.     

Temperature-insensitive fiber Bragg grating dynamic pressure sensing system

Temperature-insensitive dynamic pressure measurement using a single fiber Bragg grating (FBG) based on reflection spectrum bandwidth modulation and optical power detection is proposed. A specifically designed double-hole cantilever beam is used to provide a pressure-induced axial strain gradient along the sensing FBG and is also used to modulate the reflection bandwidth of the grating. The bandwidth modulation is immune to spatially uniform temperature effects, and the pressure can be unambiguously determined by measuring the reflected optical power, avoiding the complex wavelength interrogation system. The system acquisition time is up to 85 Hz for dynamic pressure measurement, and the thermal fluctuation is kept less than 1.2% full-scale for a temperature range of -10 degrees C to 80 degrees C.     

Active temperature compensation design of sensor with fiber gratings

A technique for compensation of temperature effects in fiber grating sensors is reported. For strain sensors and other sensors related to strain such as electromagnetic sensors, a novel structure is designed, which uses two fiber Bragg gratings (FBGs) as strain differential sensor and has temperature effects cancelled. Using this technique, the stress sensitivity has been amplified and gets up to 0.226 nm/N, the total variation in wavelength difference within the range of 3-45 ℃ is 0.03 nm, 1/14 of the uncompensated FBG.The structure can be used in the temperature-insensitive static strain measurement and minor-vibration measurement.     

岩层变形检测的光纤光栅多点传感理论与工程应用

为了监测松散地层沉降变形,提出了一种用于钻孔中植入式光纤Bragg光栅传感器(FBG)的结构和传感网络系统.基于室内实验结果,给出了用于岩层变形检测的传感光栅波长带宽为6 nm,分析了多点传感信号分辨因子,山光源带宽决定的测试系统最大实际复用能力为6个传感器.设计并实现了一个由18个光纤光栅组成的具有特色的光纤Bragg光栅波分复用/空分复用混合阵列.工程实践表明,光纤光栅传感系统采用双同路布置.可提高系统下放后光纤光栅传感器的成活率.     

全光纤激光相干合成光谱响应特性研究

基于N-腔镜谐振腔理论对全光纤激光相干合成进行了理论分析，数值模拟了迈克尔逊型相干合成激光器的光谱特性，对两个光纤Bragg光栅的中心波长差和两路光的光程差对合成光谱特性的影响给出了理论解释.用啁啾光纤光栅取代其中一个光纤Bragg光栅，使激光相干合成的带宽由0.3 nm拓展到1.0 nm.     

基于取样光纤布拉格光栅的全光纤拉曼测温分光系统设计及优化

为实现大气温度全天时和高精度主动遥感探测, 转动拉曼测温激光雷达的分光系统需要滤除强烈的背景光噪声, 以及对Mie-Rayleigh散射提供70 dB以上的带外抑制率. 本文提出了以可见光波段取样光纤布拉格光栅为核心的多级级联的特征光谱提取光路, 构建高抑制率的全光纤拉曼测温分光系统, 以实现大气温度的全天时和高精度探测. 根据分光系统光路的传输特性, 采用传输矩阵模型, 优化设计了影响取样光纤布拉格光栅带外抑制率的主要因素(折射率调制深度、栅区总长度、取样周期和占空比), 得到了优化的光谱分光系统参数. 利用该分光系统可实现太阳背景光强度和Mie-Rayleigh散射信号强度分别比转动拉曼散射信号强度弱40 dB和50 dB, 信噪比高于100时, 白天探测高度可达1.6 km. 该全光纤分光系统具有小型化、抗干扰和稳定性高的优点, 可为陆基及星载拉曼测温激光雷达提供一种全新的解决方案.     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

高速光通信系统中光纤光栅色散补偿研究

通过对光栅制作过程的优化设计，解决了光纤光栅温度稳定性、纹波系数、带宽、偏振模色 散补偿等关键技术，所制作光纤光栅已经达到温度系数小于00005 nm/℃，带宽大于14 nm，纹波系数小于50 ps，色散量超过 -1000 ps/nm的先进水平. 采用琼斯矩阵本征值法较 精确地测量了光栅的偏振模色散，并对其进行了补偿，光纤光栅色散补偿器的偏振模色散由 补偿前的91406 ps改善为补偿后的01521 ps. 在此基础上，成功地建立了一个稳定可靠 、速率为40 Gb/s，传输链路为122 km G 关键词： 高速光通信系统 普通单模光纤 光纤光栅 色散补偿     

基于InGaAs光谱成像技术的光纤光栅传感器在大坝渗流监测系统的应用

为了实现大坝渗流监测,提出了一种采用光谱成像技术的光纤Bragg光栅传感器和多点传感系统。基于室内实验结果,对监测系统可靠性与监测数据准确度进行和多点传感信号分辨因子分析,结果表明:用于坝体温度场检测的光线光栅传感器波长温度响应灵敏度可达0.009 1nm/℃;由光源带宽决定的测试系统可实现多个传感器的复用。实践表明:采用光纤光栅传感系统可进行大坝渗流自动监测,特别是在系统防雷击、抗干扰性方面,与传统仪器相比具有明显优势。     

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。