光纤光栅温度调谐技术的发展与展望

介绍了光纤光栅调谐技术的基本原理。分别对基于半导体制冷器、电阻丝、双肩梁结构、镀膜光纤光栅的温度调谐方法进行了分析和综述。展望了光纤光栅温度调谐技术未来的发展。     

基于非线性啁啾光纤光栅实现的色散可调谐

从原理上证明了一种基于非线性啁啾光纤光栅以及光纤光栅的温度特性的色散可调谐方案.实验证明在25.5℃的温度变化范围内,光纤光栅对1550.43nm波长的色散补偿量从759.1ps/nm上升到1659.9ps/nm,色散调谐范围达到900ps/nm,这个方案具有对补偿波长和特定补偿波长所需要的色散补偿量同时进行调谐的特点.     

一种新颖的高灵敏度光纤光栅带宽调谐机构

设计了一种由一直梁和两个半圆拱组成的开口环结构,并将均匀光纤布拉格光栅斜贴于直梁中间的表面处。对两半圆拱施加与直梁方向平行的应力作用时,光纤光栅受到线性应力场的作用,光纤布拉格光栅即转化为啁啾光纤光栅。该机构实现了光纤光栅带宽的线性调谐,线性度高达0．9982,实验结果与理论分析一致。与以往的带宽调谐机构相比,该机构具有很高的应力灵敏度,在20N力的作用下,可产生约7nm的带宽反射,灵敏度达0．34nm／N。利用环境温度对带宽调谐无影响的特性,采用带宽编码技术,研制出具有温度自动补偿特性、高灵敏度的带宽调谐装置。     

基于光纤自适应耦合和自调谐的光纤光栅传感系统设计

针对光纤光栅传感系统应用中面临的应变能力和可靠性不稳定的问题,研究并设计了一种基于自适应耦合切换和自调谐光纤光栅传感系统。首先,基于长周期和短周期光纤光栅耦合特性建立了自适应耦合器件及其切换算法,然后再分析耦合特性的基础上设计了支持自调谐功能的光纤光栅传感器及其调谐算法,最后给出了支持耦合自适应切换和耦合特性自调谐功能的光纤光栅传感系统。实验表明,在检测精度、抗干涉能力和应变能力等方面,所提方案表现出了明显优势。     

埋入式光纤光栅应变测量系统的设计

埋入式光纤光栅应变传感器作为大型土木结构健康监测的智能元件具有很好的发展前景。讨论了埋入式光纤光栅应变传感器的传感机理，设计了埋入式光纤光栅应变测量系统。从力学角度阐述了光栅传感探头的结构和制作工艺。采用可调谐F-P滤波器对光栅信号进行解调，解决了应变与温度交叉敏感问题。系统对应变的测量范围为0～1500με。通过理论分析证实了系统方案的可行性。     

基于变截面梁的光纤光栅线性无啁啾调谐

从理论上分析了利用变截面（等强度）弹性梁实现光纤光栅波长线性、无啁啾调谐的基本原理，给出了实现无啁啾波长调谐的弹性梁截面满足条件及其设计方案，并讨论了矩形等截面和变截面悬臂梁调谐方案的特点.理论分析与实验结果均表明，通过对变截面梁侧向施加载荷，可以实现光纤光栅中心波长的线性无啁啾调谐，且系统结构简单、易于设计.     

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.     

基于铌酸锂薄膜波导的电光调谐光栅辅助定向耦合器研究

提出并实验研究了一种基于铌酸锂薄膜光波导的电光调谐的光栅辅助定向耦合器。该耦合器由单模与双模脊形波导及制作于双模波导侧壁的长周期光栅构成。长周期光栅的引入补偿了单模与双模波导中基模的相位失配,可在共振波长实现两波导中基模的高效耦合。进一步地,在双模脊形波导两侧制作调谐电极实现了高速、低驱动电压的电光调谐功能。优化了器件的制作工艺,并采用单次干法刻蚀将耦合器的光栅与波导同步制作于X切铌酸锂薄膜上。测试结果表明所制作的器件在1 595.3 nm波长处实现了14.8 dB的隔离度,其电光调谐效率为0.38 nm/V(1 595.3 nm～1 599.0 nm),热光调谐效率为0.14 nm/℃（25℃～50℃）。该器件可用于实现可调谐滤波、滤模、电光调制及高灵敏度温度传感等功能。     

基于悬臂梁的光纤光栅线性调谐器研究

分析了基于悬臂梁的光纤光栅线性调谐的基本原理及调谐公式,指出了调谐范围、调谐灵敏度和反射波谱展宽与悬臂梁结构的关系,并提出了优化方案.实验中选用适当尺寸的悬臂梁,对粘贴其上的光纤光栅的反射波长实现了线性调谐,并可对调谐范围、灵敏度等指标进行灵活控制.     

利用调谐滤波技术的光纤光栅复用传感器

采用光纤光栅悬臂梁线性调谐技术 ,提出了利用调谐滤波技术对光纤光栅复用传感信号进行检测的方案 ,在分析其基本工作原理的基础上 ,实验研究了其波分复用传感特性 ,传感测量的结果与光谱分析仪直接测量的结果基本一致。传感器的波长分辨率主要取决于系统的最小可探测光功率 ,由于采用了高灵敏度的光电测量系统 ,传感测量的波长分辨率可达 0 .0 0 5nm ,应变分辨率可达 5.7× 10 - 6 。     

基于悬臂梁的光纤光栅无啁啾线性调谐

设计了一种均质,等厚,等腰三角状悬臂梁,调节该梁自由端的挠度,实现了光纤光栅布拉格反射中心波长的线性无啁啾调谐（调谐范围４．５０ｎｍ）引入修正因子η＝０．７１后,理论值与实验结果基本一致,光栅与梁间刚性粘贴的质量影响反射谱形状。     

Compensation of dispersion-induced power fading for highly linear radio-over-fiber link using carrier phase-shifted double sideband modulation

A carrier phase-shifted (CPS) double sideband (DSB) modulation technique in radio-over-fiber (RoF) system is proposed and experimentally demonstrated. By tuning the biases in a single-drive dual parallel Mach-Zehnder modulator (SD-DPMZM), the optical carrier in the DSB spectrum acquires additional phase shift. The transmittance response of a dispersive RoF link is thus being controlled and shifted in the frequency domain. Experiments successfully turned the maximum transmission frequency to 10?GHz and 15?GHz for both 25 and 39?km fiber links. This is also a highly linear scheme, of which a spurious-free dynamic range (SFDR) of 111.3?dB·Hz^2/3 is experimentally obtained.     

新型光纤光栅中心波长与带宽独立调谐方法

提出了一种新型光纤光栅中心波长与带宽独立调谐方法，将光纤光栅沿圆柱形弹性梁的轴向成一定角度粘贴于侧面，通过改变梁的扭转角与侧向位移，实现了光纤布拉格光栅中心波长与带宽的准线性独立调谐，实验上获得了8．28nm准无啁啾波长调谐和5．32nm准无中心波长漂移的带宽调谐，实验结果与理论分析一致.     

基于色散调谐宽带扫频光纤激光器及其在光纤光栅解调中的应用

报道了一种基于色散调谐技术的宽带扫频掺铒光纤激光器。通过在主动锁模光纤激光器腔内引入较大色散,利用锯齿波电信号调制电光调制器的调制频率,可以实现激光器扫频输出。应用扫频激光器可将光纤光栅反射中心波长的变化转变为时域上信号间隔变化,适用于光纤光栅传感解调。搭建了扫频光纤激光器,利用掺铒光纤作为增益介质,研究了扫频范围的影响因素。通过优化实验参数,实验得到的扫频带宽达到43 nm,接近增益带宽,扫频速度为50 Hz。利用搭建的扫频激光器进行了光纤光栅传感解调,灵敏度约为0.68 ms/nm,验证了解调原理。     

Linear Quasi-chirp-free Tuning of Fiber Grating with Torsional Beam

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＴｈｅｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ (ＦＢＧ) ,ａｓａｎｅｗｐａｓｓｉｖｅｓｏｕｒｃｅｅｌｅｍｅｎｔ,ｈａｓｍａｎｙｉｍｐｏｒｔａｎｔａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｖｏｌｕｍｅｍｉｎｕｔｅｎｅｓｓ ,ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｆｉｂｅｒｓｙｓｔｅｍ ,ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｓｏｆｏｒｔｈ .Ｔｈｕｓ ,ＦＢＧｉｓｐｌａｙｉｎｇａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎ…     

大调谐范围的等强度梁光纤光栅波长调节器

利用等强度梁原理,实现了光栅中心波长双向无啁啾调谐,调谐量可达12.52nm,实验结果与理论分析一致,装置构形简单,成本低,易于定标和操作,在已在自制的可调谐激光器,传感网络中的寻址器以及分插复用器中获得诸多应用。