π相移光纤光栅水听器的超声波传感指向特性

π相移光纤光栅因具有较短的有效光栅传感长度,近年来成为了超声传感领域的研究热点.本研究旨在探究π相移光纤光栅作为水听器应用时对超声波的指向性特性.选取π相移光纤光栅作为超声传感单元,先基于分层介质的声传播理论计算出水中超声波入射时光纤纤芯的应变,再运用基于光学耦合模方程的传递矩阵法计算反射光谱得到光波长偏移.将角度-频率空间分为三个区域,计算了声波频率在1—10 MHz时不同角度下的应变结果和光波长偏移响应特性,并开展了实验研究.结果表明,理论和实验结果具有较高的一致性,π相移光纤光栅在超声波垂直光纤入射时响应最大,随声波入射方向与光纤法向间夹角的增加,π相移光纤光栅的声响应先急剧下降,后在水中直达声波和光纤中导波叠加时出现极大值.此外,π相移光纤光栅的声响应随声波频率增加而降低.本研究对π相移光纤光栅在超声传感中的实际应用具有重要意义.     

啁啾光纤光栅的温度调谐特性研究

根据啁啾光纤光栅的温度可调谐性这一原理,提出通过控制啁啾光纤光栅的温度,改变其色散量,从而获得最小输出脉宽的方案,并通过实验验证了这一想法的可行性。利用啁啾光纤光栅作为啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲展宽器,用空间光栅对作为脉冲压缩器,通过压缩器为脉冲提供的负色散来补偿展宽器为脉冲引入的正色散。利用自相关仪测量压缩输出脉冲宽度随温度的变化情况,间接反映啁啾光纤光栅色散量随温度的变化情况。从实验所得数据可以得知,当温度从-7℃上升到50℃时,脉宽从1057fs先下降到764fs后又上升到910fs,共变化了439fs。在此过程中,随温度的上升,啁啾光纤光栅的色散由补偿不足变为过补偿。     

相移光纤光栅的制作和特性

在光纤光栅的刻蚀平台中引入精密移动电机,控制相位掩模板的移动,从而在光纤光栅的刻蚀过程中,在光栅的固定位置引入相移量,采用此简单易行的方法制作出了多种相移光纤光栅,分析所刻光纤光栅的光谱曲线,符合理论分析和设计的要求。     

镀膜相移长周期光纤光栅滤波特性

镀膜相移长周期光纤光栅(PS-LPFG)由于其结构及设计的灵活性可以改善光纤光栅的滤波特性。运用传输矩阵法,讨论了在镀膜PS-LPFG中不同位置引入单个相移、多个π相移时传输谱的滤波特性。研究发现,引入单个π相移时,会在谐振波长两侧出现两个新的阻带;引入多个π相移时,两个主阻带峰间隔随相移个数的增多而增大。进一步研究表明,薄膜厚度可以更灵活地调节镀膜PS-LPFG传输谱损耗峰的位置及损耗峰大小。随着薄膜厚度的增加,两损耗峰的位置向短波长方向移动,当薄膜厚度增大到一定值后,损耗峰位置向长波方向发生较大突变,同时损耗峰峰值急剧减小,随后损耗峰又将向短波方向移动且峰值逐渐增大。波长较大的损耗峰变化滞后于波长较小的损耗峰。     

π相移光纤光栅对超声波致非均匀应变场的传感特性

π相移光纤光栅用于水中超声传感时,超声波沿光纤轴向入射和垂直光纤入射时的传感波形及幅度显著不同。针对这一现象,本文建立了基于光学传递矩阵的光纤光栅声传感理论模型,计算了超声波分别沿轴向和沿垂直方向入射时π相移光纤光栅中的非均匀应变场分布,进而分析了光谱偏移,揭示了两种入射角度下π相移光纤光栅的传感特性与声传播导致的应变场分布相关,并通过实验进行了验证。结果表明,两种入射角度产生的不同的非均匀应变场分布对π相移光纤光栅的传感特性影响明显。超声波垂直入射时的传感波形和幅度均优于轴向入射,且π相移处对传感有显著作用。当入射位置远离π相移处时,垂直入射的响应也明显降低。本研究可为π相移光纤光栅超声传感的机理分析提供参考。     

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。     

啁啾光纤光栅的温度调谐特性研究EI北大核心CSCD

根据啁啾光纤光栅的温度可调谐性这一原理,提出通过控制啁啾光纤光栅的温度,改变其色散量,从而获得最小输出脉宽的方案,并通过实验验证了这一想法的可行性。利用啁啾光纤光栅作为啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲展宽器,用空间光栅对作为脉冲压缩器,通过压缩器为脉冲提供的负色散来补偿展宽器为脉冲引入的正色散。利用自相关仪测量压缩输出脉冲宽度随温度的变化情况,间接反映啁啾光纤光栅色散量随温度的变化情况。从实验所得数据可以得知,当温度从-7℃上升到50℃时,脉宽从1057fs先下降到764fs后又上升到910fs,共变化了439fs。在此过程中,随温度的上升,啁啾光纤光栅的色散由补偿不足变为过补偿。     

相移光纤光栅多重滤波特性研究及应用

滤波器是通信中一种重要的器件,相移光纤光栅因其显著的滤波特性,可作为带阻滤波器应用于密集波分复用系统,实现光信号的解调。影响相移光纤光栅滤波特性的因素有很多,通过相移光纤光栅的耦合模理论分析,并利用MATLAB语言编程计算出相移光纤光栅的单波长、双波长和多波长滤波反射谱。结果发现:光栅参数的变化会使相移光纤光栅滤波特性发生改变;当进行双波长滤波时,反射谱将随着相移点位置由内向外的改变而向内塌缩;多波长滤波时,相移点位置不同可分别出现多透射窗口和超宽矩形透射窗口。     

光纤光栅的双向温度/波长调谐技术研究

为了对光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG) 的中心反射波长进行双向调谐,提出了采用半导体致冷器、热敏电阻配合控制电路对FBG的工作温度进行双向精确控制实现温度/波长调谐的方法,讨论了温度/波长调谐的实现技术,并研制了FBG双向温度调谐器样品.在0℃、20℃、40℃环境温度条件下对调谐器进行了范围为－20℃~60℃、步进为10℃的温度扫描测试.实验结果表明：FBG调谐器的中心反射波长与设定的温度有较好的线性关系,除波长外其它光栅特性基本不随调谐温度改变;调谐装置准确度优于0.05 nm,且受环境温度变化的影响较小.     

单点相移光纤光栅光谱特性的研究与应用

可调谐窄线宽掺铒光纤激光器具有线宽窄、噪声低等优点,在光纤通信、光纤传感、相干探测和合成等方面有广泛的应用。根据传输矩阵法, 利用Matlab软件仿真出单点相移光纤光栅的透射谱,通过对不同相移量、不同相移点位置、不同光栅的长度以及不同纤芯有效折射率的单点相移光纤光栅透射谱进行分析,得到了影响其相移峰的透射率、线宽、位置的主要因素,并提出了一种利用相移量为π且相移点在中点的相移光纤光栅作为滤波窗口的可调谐窄线宽掺铒光纤激光器的方案。     

相移光纤光栅耦合系数控制

为了通过遮挡法实现不同耦合系数π相移光纤光栅制作,分析了刻制过程中的相移形成原理,提出通过调整遮挡区长度和π相移周期次数控制π相移光纤光栅耦合系数的方法.采用传输矩阵法对刻制相移光纤光栅过程中的透射谱变化进行仿真计算,分析了不同光栅条纹可见度下遮挡区长度对相移光纤光栅透射谱的影响.基于不同遮挡区长度进行了相移光纤光栅制作实验,结果表明:通过调整遮挡区长度和π相移出现次数能够实现对相移光纤光栅耦合系数的有效控制.     

镀膜相移长周期光纤光栅大间隔双峰滤波特性

研究了镀膜相移长周期光纤光栅(PS-LPFG)工作于相位匹配转折点(PMTP)时的大间隔双峰滤波特性。LPFG工作于PMTP时,纤芯模与高次包层模耦合产生的损耗峰3dB带宽可达288nm以上,在此LPFG中点引入单个π相移时在中心波长两侧出现的两个阻带峰间隔达388nm,远大于低次包层模耦合π相移LPFG的双峰间隔。在LPFG中均匀地引入M(M>1)个π相移时,双峰间隔随M的增大而增大,M为奇数时,中心波长损耗为0;M为偶数时,中心波长损耗随M的增大而减小。薄膜折射率与厚度的增加都将使两个阻带峰向短波长方向移动并增大双峰间隔。光栅长度的增大在改变双峰峰值损耗的同时使双峰间隔逐渐减小。     

双波长相移光纤光栅的光谱特性及传感应用

建立了双波长相移光纤光栅的理论模型,对双波长相移光纤光栅的透射谱特性进行了数值仿真,结果表明透射波长间隔会分别随相移量、折射率调制深度和光栅长度的变化而有规律地增减.借助光纤布拉格光栅的法布里-珀罗腔谐振相位条件计算了透射峰间隔的表达式,该表达式得到的透射峰间距曲线与数值仿真得到的曲线相符合,验证了数值仿真结果的正确性.最后,在光栅透射谱波长间隔变化规律的基础上提出一种传感方案,并对光栅的温度传感特性进行分析,理论推导得到灵敏度约为60pm/℃.     

新型光纤光栅线性调谐方法

报道了一种线性度极佳的光纤光栅波长调谐技术，调谐范围在１０ｎｍ，线性拟合度达到０．９９９８，并首次利用材料力学原理推导了这种线性调谐的理论关系式，此种技术在可望在光纤传感，光纤通信及激光技术等方面有重要应用前景。     

衍射光栅式光纤光栅解调器件温度特性研究

对衍射光栅式光纤光栅解调器件的温度特性进行了研究。利用有限元软件ABAQUS对不同材料解调器件的结构件在高低温情况下的形变量进行了仿真。根据仿真得出的变形量,通过光路计算,分析了结构件的变形对光电探测器像面上的不同波长光束成像位置的影响。对硬铝、45#钢和殷钢这三种不同材料的解调器件进行温度试验,发现对于不同材料的器件,不同波长对应的温度漂移不同。硬铝材料解调器件的温度变化与波长偏差的线性关系不明显。45#钢和殷钢材料的解调器件的温度变化与波长偏差的关系近似线性,而且波长值越小波长随温度变化的曲线斜率越大。可见,为了提高这类器件的温度稳定性,需要从材料、结构、工艺以及软件等方面进行综合补偿。     

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.     

基于温度梯度的光纤光栅啁啾调谐

将光纤光栅粘于铝材料基底上,利用温度梯度方法实现了光纤光栅的啁啾调谐.当光纤光栅两端温度差为28.1℃时,得到了4倍以上的反射带宽展宽.     

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。     

光纤光栅的温度补偿

提出了一种简单、小型的光纤光栅温度补偿器件,将光纤光栅粘贴在具有负热膨胀系数的材料上,实现了光纤光栅的温度补偿。该器件在-20～44℃温度范围内光栅波长变化0.08m,是未补偿光纤光栅的1／8。     

光纤光栅温度和应力特性的实验研究

报道了光纤光栅分别受温度和应力影响时其中心工作波长的漂移情况,实验结果与理论计算相符,并由此实验结果得出重要结论：利用光纤光栅的温度和应力特性,通过合理的设计,可以控制其工作波长的漂移量。