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.     

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。     

布拉格光纤光栅传感器在非均匀应变场中的响应分析

在非均匀应变场的作用下,布拉格光纤光栅的主要参数有效折射率和光栅周期都会发生非均匀的变化,导致光纤光栅的反射光光谱结构发生变化。在光波导耦合模理论的基础上,建立了布拉格光纤光栅在非均匀应变场下反射光谱的分析数学模型,利用龙格 库塔法对其进行了数值求解。给出了几种典型应变场下的布拉格光纤光栅的反射光谱,并分析了它们的特点。     

用布拉格光纤光栅制作啁啾光纤光栅

介绍了一种用布拉格光纤光栅制作啁啾光纤光栅的方法。采用氢氟酸腐蚀布拉格光纤光栅, 使光栅的横截面沿光栅轴向逐渐变小, 然后对光栅施加１．５０ Ｎ的拉力, 在光栅轴向建立应变梯度, 制作出长１５ ｍ ｍ 、峰值反射率达９２％ 、反射半高宽为５ ｎｍ 的啁啾光纤光栅。     

基于薄包层极大倾角光纤光栅的灵敏度增强型振动传感器

提出了一种薄包层极大倾角光纤光栅悬臂梁振动传感器,采用基于标准单模光纤的极大倾角光纤光栅,从理论上分析包层半径的减小对波导色散因子、包层模的有效折射率、轴向应变灵敏度因子、轴向应变灵敏度及模式阶数的影响,并进行数值仿真,为其振动传感增敏方法提供理论依据.然后使用氢氟酸腐蚀光纤包层,构成不同直径的极大倾角光纤光栅并进行相...     

光纤光栅与受激布里渊信号的耦合特性

近年来,光纤布拉格光栅传感器与全分布式光纤传感器的融合技术受到了广泛关注,然而光纤布拉格光栅与布里渊信号之间的耦合特性鲜有报道。本文研究了光栅类型、波长、反射率及光纤的光致折射率对受激布里渊信号的影响规律,并探讨了空间分辨率对光纤布拉格光栅定位功能的影响。实验结果表明,在布里渊光时域分析系统中,光纤布拉格光栅处有尖锐的反射峰,而啁啾光栅、长周期光栅及光致折射率变化的光纤处均未出现尖锐的反射峰;光纤布拉格光栅反射率与受激布里渊散射功率谱无关;当光纤布拉格光栅的波长接近1 550 nm时,对受激布里渊频移测量的影响最大;在8 m的长度范围内,光纤布拉格光栅的定位误差约为4 cm,并且与空间分辨率无关。     

光纤光栅反射谱对非均匀应变的展宽响应

光纤布拉格光栅在非均匀应力场作用下，其纤芯折射率及光栅栅距都将产生非均匀变化，本文给出了光纤光栅与非均匀应变场的相互作用模型，建立了反射谱对非均匀应变的响应关系。并给出了线性应力场的实验结果。     

微纳尺度光纤布拉格光栅折射率传感的理论研究

亚波长直径微纳光纤强倏逝场传输的光学特性,使其对周围介质折射率的变化具有极高的灵敏度.本文提出一种基于微纳尺度光纤布拉格光栅(MNFBG)的折射率传感器,结合微纳光纤倏逝场传输和光纤布拉格光栅(FBG)强波长选择的特性来实现高精度折射率传感,对其制备可行性进行了讨论.论文中对MNFBG折射率传感机理进行了深入的理论分析,并使用OptiGrating软件进行了数值模拟,模拟数据显示MNFBG折射率测量的灵敏度随着光纤半径的减小而增加,其中光纤半径为400 nm的MNFBG灵敏度可达到993 nm/RIU,相比于包层蚀刻的FBG灵敏度增加了170倍,说明MNFBG对发展微型化、高灵敏度折射率传感器具有良好的应用前景. 关键词： 微纳光纤 光纤布拉格光栅 折射率传感     

波长可选择的拉伸光纤光栅

Tokai大学工程系的 Osamu Mikami和学者们开发出一种用纤维光栅制作的光学开关 ,这种光栅能传输或反射特定波长的光。他们认为此器件在可视信号波长动态控制光信号路径的多波长光纤传输装置中可用作传输机构。光纤光栅是通过减小光纤芯部分的折射率周期变化形成的。周期性折射起布拉格光栅的作用 ,并只反射入射光的某一波长。通过布拉格折射反射的光波长可表示为 λB=2 neffλ,其中neff为光纤有效折射率 ,λ为 n的变化周期。在此试验中 ,该小组把光纤光栅一端的反射波段固定在 1 5 5 0 nm,而把另一端固定在距高精密控制台的 1 5 0 nm处。…     

基于包层模的光纤布拉格光栅折射率传感特性

提出了基于光纤布拉格光栅(FBG)包层模式的折射率传感方案。实验中,利用不同浓度的丙三醇水溶液作为外界折射率传感溶液,采用氢氟酸溶液化学腐蚀的方法来减小光纤包层的直径以增大包层模式对外界折射率的敏感度,研究了腐蚀后光纤布拉格光栅包层模式的耦合波长对外部折射率的变化关系。实验结果表明在1.3300~1.4584的折射率范围内,包层模式耦合波长随外界折射率增大而增大,在接近光纤包层折射率处具有很高的折射率灵敏度,最大达到了172 nm/riu(refractive index unit)。而且,包层模谐振的光谱半峰全宽(约0.07 nm)仅为布拉格纤芯模谐振光谱半峰全宽的1/4,能够获得更好的传感精度。     

Theoretical Study of Electro-Optic Effect and Elasto-Optic Effect in Chirped Fiber Grating with Uniaxial Crystal Materials Cladding

A chirped fiber grating with cladding made of uniaxial crystal material whose optical axis is parallel to the axis of grating, i.e., z-axis is proposed. Electro-optic effect and elasto-optic effect in this kind of fiber gratings are theoretically analyzed for the first time. The influences of the electric field and the strain applied to the fiber grating cladding along z-axis on Bragg wavelength λ _B and the reflectivity spectra of this kind of chirped grating are theoretically examined using coupled-mode theory and transfer matrix method. The curves of Bragg wavelength λ _B as a function of an external electric field or the strain are theoretically obtained respectively for three kinds of uniaxial crystal materials as the grating claddings. The calculated results indicate that when the axial electric field applied to the grating cladding varies from 1 × 10⁷ to 8 × 10⁷ V/m, λ _B has the decreases of 0.12 nm, and when the applied strain varies from 0 to 0.04, λ _B has the decreases of 0.45 nm.     

双波长啁啾相移光纤光栅

理论研究并实验验证了一种含有两段π相移的啁啾相移光纤光栅.采用F矩阵对啁啾相移光纤光栅进行计算并分析了该光栅的谱特性.含有两段π相移的啁啾相移光纤光栅可以在普通啁啾光栅透射谱阻带中产生双波长透射峰,透射峰位置直接取决于光栅中π相移的位置,透射峰的线宽和透射峰的波长间隔没有关系,仅随着啁啾率的增大而增大.采用带相位掩模的逐点扫描法对含有两段π相移的双波长啁啾相移光栅进行了制作,获得波长间隔为8 nm的双波长透射谱的光栅器件.该光栅的消光比和3 dB谱线宽分别为20 dB和0.08 nm,实验结果和理论设计一致.     

Influence of uniaxial crystal material cladding on reflectivity and dispersion of uniform fiber Bragg grating

The fiber Bragg grating with cladding made of uniaxial crystal material whose optical axis is parallel to the axis of fiber Bragg grating proposed in the paper published in 2003 was investigated again and an error was corrected in the calculation, its effective index, reflectivity and dispersion were examined using coupled-mode theory and numeric solution. The calculated results indicate that no low frequency cutoff phenomenon exists in the HE₁₁ mode, more power is transmitted by the core of the fiber with cladding made of isotropic material, the reflectivity of the fiber Bragg grating with cladding made of uniaxial crystal material is much higher than that with cladding made of isotropic material, the parameter K_cl, i.e., the ratio of the extraordinary to the ordinary ray refractive index, has a stronger impact on the reflectivity, Bragg wavelength and the dispersion of this kind of fiber Bragg grating when it varied from 1.00 to 1.01 than in other regions. This means that the characteristics of the fiber Bragg grating with uniaxial crystal cladding can be changed through adjusting K_cl while keeping its length, periodicity and the other parameters as constants.     

基于悬臂梁的光纤光栅线性调谐

理论上对不同厚度的“凸”字形悬臂梁的调谐能力进行了分析,实验中选用适当尺寸的悬臂梁,对粘贴基上的光纤光栅的反射波长实现了线性调谐,并观察到由于梁轴向应力的梯度分布造成的啁啾输出现象,指出选用长度较短的光栅可以减小谱的展宽量。     

Multiwavelength Raman-fiber-laser-based long-distance remote sensor for simultaneous measurement of strain and temperature

We propose a simple and flexible multiwavelength Raman-fiber-laser-based long-distance remote-sensing scheme for simultaneous measurement of strain and temperature by use of fiber Bragg gratings. By combining two uniform fiber Bragg gratings with a tunable chirped fiber grating, we readily achieve simultaneous two-channel sensing probes with a high extinction ratio of more than approximately 50 dB over a 50-km distance. When strain and temperature are applied, lasing wavelength separation and shift occur, respectively, since the two uniform fiber Bragg gratings have identical material composition and different cladding diameters. This allows simultaneous measurement of strain and temperature for long-distance sensing applications of more than 50 km.     

光纤布拉格光栅电流传感的理论和实验研究

对皮磁致伸缩棒调谐光纤布拉格光栅为基础的新型电流传感器进行了理论和实验研究。将一个光纤布拉格光栅牢固地粘贴在一置于多层螺线管中心部分的磁致伸缩棒上，构成传感头。当通过螺线管的电流改变时，磁致伸缩材料在均匀磁场的作用下产生沿纵向的应变并传递到光纤光栅上，从而导致光纤光栅的布拉格波长移动。外加电流和波长移动之间的关系是线性的，线性调谐的波长范围为0.9nm，电流强度范围为900mA，灵敏度约为1000mA/nm，电流强度可精确到10mA。理论和实验符合得很好。     

双带通啁啾光纤光栅光谱特性仿真及分析

针对啁啾光纤光栅的带通滤波特性,设计了纤芯/包层复合结构的啁啾光纤光栅滤波器.基于光纤耦合模和传输矩阵理论及坐标变换方法,对其光谱特性进行仿真分析,验证了该光栅的双带通滤波特性;对周期为536、537、538nm,长度为8、10、12mm,折射率调试深度为0.0002、0.0003、0.0004,啁啾系数为0.05、0...     

光纤Bragg光栅应变、温度交叉敏感问题的研究

解决应变和温度的交叉敏感,实现应变和温度同时测量一直是光纤光栅传感器研究的关键问题。从应变和温度交叉敏感的物理机制出发,较为全面地介绍了几种主要解决方案：双波长矩阵法、2个包层直径不同的FBG法、啁啾光栅法等。并且基于双波长矩阵法,提出了一种基于管式弹性应变敏感元件的光纤光栅传感器结构,很好地实现了温度150℃,压力20MPa的同时区分测量,其温度灵敏度为0.02nm/℃。解决了温度和应变同时区分测量这一技术难题。     

Highly efficient tunable fiber Bragg grating filters using multilayer piezoelectric transducers

We realized a wavelength tunable optical filter based on a fiber Bragg grating using multilayer piezoelectric transducers (MLP). The Bragg wavelength of the filter can be easily tuned in proportion to an applied low DC voltage. The tuning range efficiency was as high as 0.2 nm/V. We realized a 10 nm Bragg wavelength shift by applying as low as 50 V to the MLP. The MLP was also used in a higher order dispersion equalizer which consists of a pair of nonlinearly chirped gratings. A zero dispersion wavelength shift of 7 nm was successfully realized for the equalizer.