微米光纤耦合型环境折射率传感器

本文展示一种由两根微米光纤构成的耦合型环境折射率传感器。微米光纤表面存在倏逝波,芯外介质折射率微小的改变将引起倏逝场分布变化,从而导致能量在耦合器两臂中的重新分配。本文通过测量耦合器两端出射光功率的比值来对葡萄糖溶液的浓度进行传感,实验结果表明该微米光纤耦合型传感器的浓度传感灵敏度可达1.58 mol·L~(-1)。本文用耦合模理论详细分析了两根相邻微米光纤的耦合效率与芯外介质折射率之间的关系,发现减小耦合区的光纤的直径,增大入射光波长或增大耦合长度,都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。     

半椭球形和子弹头形光纤传感探头的耦合特性

 利用光路追踪程序，对于不同光纤参数条件下半椭球形和子弹头形光纤传感探头的耦合特性进行了研究。研究结果表明：对于半椭球形探头，当长短轴之比在1.15和1.3附近时存在一个耦合最佳结构；而对于子弹头形探头，仅变成圆形时为最佳。这两种探头容易制作，半椭球形探头的耦合效率高于子弹头形。     

基于侧向耦合结构的准分布式光纤液漏传感器

针对现有的准分布式光纤传感测量技术复杂、精度不高且响应时间较慢等问题,设计出一种实时性高且成本更低的准分布式光纤传感器。传感器主要由柔性LED灯带和带有侧向耦合结构的聚合物光纤组成。侧向耦合结构被LED逐一照亮,形成一系列传感单元。光通过侧向耦合结构入射聚合物光纤中,当LED和耦合结构之间的介质改变时,耦合光强增加,光纤两端输出光强随之增加,则可将液漏事件转化为耦合介质改变来测量。结果表明,准分布式光纤液漏传感器具有检测和定位漏水信号的能力且定位精度小于等于10cm,实现了液漏检测和漏点定位的功能。     

涂有半导体气敏薄膜的长周期光纤光栅气敏传感特性理论分析

首先利用耦合模理论研究了长周期光纤光栅LPFG折射率敏感特性,数值计算了长周期光纤光栅透射谱谐振波长与环境介质折射率的关系。其次分析了半导体氧化物气敏膜光学特性机理,当气体与薄膜接触时,气体会使敏感膜的消光系数、吸收系数和相应的折射率发生变化。基于上述两点,提出可将气敏膜涂于光栅表面,利用气敏膜的折射率随环境气体成分和浓度变化而变化的特性,从而影响LPFG透射谱谐振波长的变化,通过检测波长的变化达到探测气体成分和浓度的目的。由于长周期光纤光栅对环境介质折射率的灵敏度高于光纤,且其传感信号属于波长调制,测量信号不受光强波动及光纤损耗的影响,因此其灵敏度比强度型光纤气体传感器高。     

长周期光纤光栅折射率传感器的结构优化

为了提高长周期光纤光栅对环境介质折射率的传感灵敏度,提出一种长周期光纤光栅的周期和包层半径的结构优化.基于长周期光纤光栅的耦合模理论,分析了长周期光纤光栅的周期和包层半径的大小分别与环境介质折射率传感灵敏度的关系,讨论了长周期光纤光栅的周期和包层半径对折射率传感的影响以及控制光栅周期与包层半径对折射率传感的重要性.为使...     

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。     

光纤定向耦合器

光纤定向耦合器是光纤通信和光纤传感领域中关键性无源器件之一.随着光纤制造技术 的发展,各种特殊光纤做成的各种光纤定向耦合器也就应运而生,如保偏光纤定向耦合器、双方向性单模光纤定向耦合器及波分复用光纤定向耦合器等.他们的作用都是把光信号进行分路或合路,以达到各种使用的目的. 光纤定向耦合器的理论基础是光波导的耦合理论.当两个光纤平行靠近时,一根光纤中传输的光信号的电磁场会使另一根相邻的光纤中的电磁场受到激励,产生光耦合效应.调节两根光纤之间的间距或光纤之间的耦合长度,在两根光纤的输出端将会产生输出光信号功率的…     

埋入光纤挠性基板的光电耦合模块设计

为了提高埋入光纤挠性基板光电互联系统中激光束与光纤之间的耦合效率,设计了一种可分离式的高效光电耦合模块。对耦合模块的结构尺寸进行了设计,并运用Matlab软件分析了激光束经过45°全反射镜时的能流变化情况;针对芯径为62.5μm、数值孔径为0.25的多模光纤,利用Zemax软件仿真模拟光纤耦合系统,并用正交下降法优化耦合系统结构,将单路波长为1 310 nm、输出功率为1 W的垂直腔面激光束耦合进光纤。分析结果表明,耦合效率与轴向偏差、角向偏差成中心对称分布,当制造误差最大时,耦合效率达到79.37%,耦合损耗为1. 00 d B。该光电耦合模块具有较高的定位误差,最高耦合效率可达85.35%,最低耦合损耗为0.69 d B。     

光纤布拉格光栅与空芯光纤多模干涉混合型温度应变双参量传感器

针对光纤应变传感器由于温度敏感而引入的测量问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应的混合型温度-应变双参量传感器。该传感器由两根单模光纤与一段内径小于单模光纤纤芯直径的空芯光纤熔接制成,其中一根单模光纤的光纤端面附近预刻一组光纤布拉格光栅。空芯光纤长度为厘米量级,光波以多模形式在空芯光纤侧壁中传播。结合光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应对温度和应变的不同响应灵敏度,通过求解双参数耦合矩阵同时获取温度和应变两个参量,并有效解决了单个传感器在温度或应变测量时的温度-应变交叉敏感性问题。采用中心波长为1 550.172 nm的光纤布拉格光栅与一段长为2.5 cm、内径为5μm的空芯光纤制备了相应的传感器,并进行了温度和应变测试。结果表明,光纤布拉格光栅和空芯光纤的温度灵敏度分别达到10.530 6 pm/℃和1.802 1 pm/℃,应变灵敏度分别达到0.720 7 pm/με和1.243 2 pm/με。     

《国外光学》

<正> 一、至少用两根光纤并借助于一全息透镜进行耦合的装置本专利介绍了一种用光纤并借助于全息透镜耦合光束的一种装置。全息透镜用一根单模光纤和一束参考光束所形成的干涉光波制成。在全息透镜被形成之后,单模光纤就可被多模光纤代替。本专利主要介绍的是一种与光纤有关的装置。(摘译自Applied Optics Vol 23No.13 1 July 1984。) 二、非垂直观察的光学系统为了防止梯形失真和畸变,本专利介绍了     

光纤化学传感技术研究近况

光纤化学传感器作为传感器的一个重要分支,结合了化学和光学的相关技术,将化学制膜、光纤技术以及化学分析中的分光光度法、拉曼光谱、荧光光谱、折射率检测等方法相融合,以其微型化,抗电磁干扰,传输信息量大,拥有自身参比等特点不断向前发展。简要综述了光纤化学传感技术研究近况和未来的发展趋势。重点对光纤pH化学传感器、光纤离子化学传感器和光纤气体化学传感器进行了介绍。简要分析了常见的敏感膜制备方法如化学键合法和溶胶凝胶(sol-gel)等方法。新型光纤——微结构光纤的出现为光纤化学传感器开辟了新的发展方向。由于其具有大的内表面积,结构设计灵活多样,光纤内部提供感应场所等特点,快速度成为光纤化学传感器的重要发展方向和研究热点。对微结构光纤衍生而来的新型光纤化学传感器进行了详细评述, 最后对光纤化学传感器的未来进行展望。     

一种新型GRIN透镜光纤加速度计的研究

研究了一种新颖的光纤加速度计,阐述了三光纤GRIN透镜加速度敏感元件的工作原理及其结构设计.该传感器包括三根光纤、一个GRIN透镜和一个质量块.根据光功率耦合原理,对透镜倾斜时的误差进行了定量分析.该加速度计具有结构新颖、体积小和灵敏度高等优点,是一种具有多用途的加速度传感器.     

Fiber-optic acoustic sensor for nondestructive evaluation

An experimental study was conducted to investigate the applicability of fiber-optic acoustic sensors to detect internal flaws in polymeric materials. A polarimetric fiber-optic sensor embedded in a plexiglass model received the acoustic signals generated by an ultrasonic transducer. It is shown that proper control of the polarization and phase of the optical beam is required to obtain meaningful results from the amplitude of the fiber-optic sensor signal. The sensor has shown promising results in determining acoustical properties of plexiglass and locating internal defects. The attractive feature of this sensing scheme is that the optical fibers are not modified prior to embedding. Therefore, they preserve their mechanical properties which makes the embedding process much easier.     

Investigation of dual-channel fiber-optic surface plasmon resonance sensing for biological applications

A dual-channel fiber-optic sensor based on surface plasmon resonance (SPR) for self-referencing refractive-index measurements has been proposed. Most applications of fiber-optic SPR sensors are designed to measure the refractive index of a liquid or gas sample by measuring the signal from a single surface, the sensitivity and stability of which is easily affected by the fluctuation of external environmental conditions. We have designed a dual-channel fiber-optic surface sensor with two independent SPR signals from two areas of the same probe. A prototype sensor was fabricated and characterized. The preliminary experimental results demonstrate the characteristic responses of both SPR signals from two channels that independently correspond to the refractive index changes in the liquid samples with which they are in contact. The design could be extended to a multichannel sensor with further developments. The experimental results confirmed that one channel can be used as a reference sensor that could compensate for unexpected changes in bulk refraction or temperature and develop this sensor as a practicable high-sensitivity biosensing device.     

光纤菲佐应变传感器的波分频分复用方法

将波分复用技术与空间频率复用技术相结合,提出了新的光纤菲佐应变传感器波分频分复用方法:在粗波分复用(CWDM)的不同波段实现具有不同腔长的光纤菲佐应变传感器的空间频率复用。描述了基于该方法的光纤菲佐应变传感器复用系统的结构、原理及实验结果,讨论了复用技术中可能产生的串扰的影响及其解决方法。实验结果表明,该方法大大提高了光纤菲佐应变传感器的复用能力,可复用40个以上的菲佐应变传感器,且其应变测量精度达±5με,可满足实际应用的要求。     

Fiber-Optic Current Sensor Using Passive Demodulation Interferometric Scheme

An interferometer using a Faraday rotator with 22.5 rotation bias is proposed for the use of a fiber-optic current sensor (FOCS) to demodulate phase signals passively. High sensitivities and extra low distortions are obtained by this passive demodulation interferometric scheme (PDIS). The Verdet constant of optical fibers at 1300 nm is evaluated to be 4.5 murad (A rms.turns), which is in good agreement with the literature. With signal distortions always below 0.8 %, the proposed scheme should be significantly effective for the demodulation needs of an FOCS. The PDIS also could enable a FOCS to directly connect with fiber-optic communication networks for the implementation of long-distance remote and multiplexing sensor systems. Moreover, electric shock concerns on current intensity measurements of high-voltage power delivery systems are greatly reduced.     

集磁式光纤电流传感器的研究

设计了一种应用块状磁光材料与集磁环相结合的集磁式光纤电流传感器。介绍了该传感器的结构及工作原理，构建了光纤电流传感器实验系统并进行了测试。实验结果表明，该集磁式光纤电流传感器在30kV工作电压下可准确实现30kA脉冲或连续电流的测量，为电力系统中高压大电流测量提供了一种切实有效的方法。     

Fiber-optic sensing of high static pressure

Abstract

This paper describes a new fiber-optic sensor for pressures up to 200 MPa, based on the effect of hydrostatic stress on the polarization-mode coupling which occurs in highly birefringent fibers. Sensor construction, measurement set-up and typical output are presented. Results show that this new sensor displays far greater sensitivity when compared to solid-state pressure sensors.     

一种新型Sagnac式光纤电流传感器

为了消除震动对Sagnac式电流传感器测量结果的影响,提出一种光路改进方法来消除传感器对震动的敏感性,其基本原理是抵消Sagnac效应而不影响法拉第磁光效应。利用琼斯矩阵对改进后的光路结构进行了偏振态分析,理论分析和实验结果吻合,表明改进后的传感器其输出与震动无关。耦合半波片后Sagnac式光纤电流传感器的震动敏感性被消除了,为Sagnac式光纤电流传感器的工程化实现提供了一种可行的方法。     

Schemes of a fiber-optic multiplexing sensor array based on a 3 X 3 star coupler

A Michelson-based fiber-optic low-coherence interferometric quasi-distributed sensing system permitting absolute length measurement in a sensor array is proposed. The main part of the sensing system is a fiberoptic 3 x 3 star coupler. The architecture of fiber-optic sensors can be easily realized as a linear sensor array, twin sensor arrays, or a loop sensor array. The proposed sensing scheme will be useful for the measurement of strain distribution. An important application could be deformation sensing in smart structures. A six-sensor array is demonstrated experimentally.