温度和振动对光纤马赫-曾德干涉仪的影响与动态补偿研究

环境温度变化和振动会引起光纤马赫-曾德干涉仪两臂相差随机性变化,致使干涉仪输出不稳定.本文研究了自然条件下外界温度和振动对基于3×3耦合器干涉仪的影响,分析结果表明,温度和振动所引起的干扰主要集中于100Hz以下的低频成分中.为了消除这些干扰,设计了单臂补偿的反馈回路以稳定输出信号,并提出了一种利用象限判决方法来区分反馈正负性的动态补偿方法.实验中利用3×3耦合器3个输出端中其中2个进行光电变换、差分放大等反馈电路后驱动管状压电陶瓷,使缠绕在其上的光纤伸缩,动态补偿干涉仪相差的漂移,稳定干涉仪输出即3×3耦合器第三输出端口的信号.针对自然环境下温度和振动引起的干扰,本文研制了一种稳定的动态补偿装置,能有效抑制160Hz以下的低频干扰,实时补偿干涉仪两臂的相差漂移,干涉仪输出稳定的干涉信号,波动幅度小于5.64%.     

一种基于马赫-曾德干涉仪的全光纤传感器双参数测量技术

提出一种干涉式全光纤传感器,能够同时实现对折射率和轴向拉力或温度进行双参数测量。传感器由一个微腔和一个纤芯失配衰减器组成。其中微腔结构是由飞秒激光加工光纤纤芯形成,直径和深度分别是6μm和2.5μm。该干涉式传感器可以获得20dB的高品质干涉对比度。传感器透射谱波长为1496.68nm和1533.18nm的两个衰减峰对应的折射率灵敏度分别为-29.91nm/RIU和-16.72nm/RIU,拉力灵敏度分别为-1.55pm/με和-0.31pm/με。实验结果表明,传感器通过灵敏度矩阵可以同时测量折射率和轴向拉力或温度两个参数。     

基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪的研究

研究了一种基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪,进行了液位和曲率的测量实验,利用错位结构将纤芯模式激发到包层,包层模式经过花生形结构被耦合到纤芯与原有的纤芯模式发生干涉。包层模式对外界物理量如折射率、应力的变化敏感,导致透射光谱漂移。波谷波长的漂移量与液位和曲率的变化成线性关系,利用波谷的漂移实现液位和曲率的测量。在液位实验中,在水位变化范围为1.00～5.00 cm时,波谷向短波方向漂移,灵敏度最高为-0.68 nm·cm-1,线性拟合度为0.995 4。在曲率实验中,曲率的变化范围为0.3～1.2 m-1时,波谷向长波方向漂移,灵敏度最高为22.47 nm·m,线性拟合度为0.986 4,表现出较高的灵敏度。错位结构和花生形结构被用于组成马赫-曾德干涉仪,用普通的光纤熔接机和普通单模光纤即可熔接,结构和制作方法简单,灵敏度高,尤其在曲率的测量中表现出较高的灵敏度。     

一种基于马赫-曾德干涉仪的全光纤传感器双参数测量技术

提出一种干涉式全光纤传感器,能够同时实现对折射率和轴向拉力或温度进行双参数测量。传感器由一个微腔和一个纤芯失配衰减器组成。其中微腔结构是由飞秒激光加工光纤纤芯形成,直径和深度分别是6μm和2.5μm。该干涉式传感器可以获得20dB的高品质干涉对比度。传感器透射谱波长为1496.68nm和1533.18nm的两个衰减峰对应的折射率灵敏度分别为-29.91nm/RIU和-16.72nm/RIU,拉力灵敏度分别为-1.55pm/με和-0.31pm/με。实验结果表明,传感器通过灵敏度矩阵可以同时测量折射率和轴向拉力或温度两个参数。     

基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪的微位移传感研究

研究了一种基于全光纤马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)十涉仪的高灵敏度微位移传感器，将干涉仪的一个臂固定在微动平台上，在消除环境干扰的情况下，通过对丁涉仪臂的拉伸，从光谱仪观察干涉谱线中某一特定波长的移动与拉伸长度成正比，从而实现一种位相调制型微化移传感器。当化移变化0．0020mm时，波长移动了0．61nm，调谐速率为305nm／mm，线性拟合度为0．9994。     

光纤锥在线型马赫-曾德干涉仪的折射率传感特性

提出了一种基于光纤锥的在线型光纤马赫-曾德干涉仪式折射率传感器.传感器是在一根单模光纤上使用光纤熔接机拉制出两个光纤锥,光纤锥的直径为43.7μm,长度为480μm.干涉仪中光纤锥充当光纤耦合器,激发出光纤高阶模,并将高阶模耦合进单模光纤使之与纤芯基模形成模间干涉.被环境溶液的折射率、温度的变化改变模式间相位差,将导致干涉仪的传输光谱发生漂移,从而实现传感测量.实验结果表明:当环境溶液的折射率变化范围为1.335~1.403RIU时,传感器的折射率灵敏度为-128.233nm/RIU;当水溶液的温度变化范围为30~75℃时,传感器的温度灵敏度为0.111nm/℃.该传感器具有制作方法简单、灵敏度高、成本低等特点,可应用于生物传感测量.     

用三干涉臂马赫-曾德尔干涉仪制成的光纤密集型波分复用器

提出一种新型的光纤干涉仪 ,它是采用二个 3× 3单模光纤耦合器组成三光纤系统的马赫 -曾德尔 (Mach- Zehnder)干涉仪 ,当干涉仪的三条光纤干涉臂两两之间分别存在长度差Δ L和2Δ L时 ,干涉仪形成了一个波分复用间隔相等的三波分复用器 ,波分复用的波长间隔仅仅取决于ΔL的大小。实验样品的使用波段为 1.55μm,波长复用间隔为 1.6 nm,附加损耗为 0 .6 d B。     

基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的强度测量研究

根据光外差检测原理，分析得到干涉测量适用于信号光强小于参考光强的探测，直接测量适用于信号光强大于参考光强的探测的结论。利用自制的全光纤马赫-曾德尔干涉仪系统，对位移信号进行了测量。实验结果表明：当位移信号较小时，干涉测量的灵敏度分别为62．068μW／mm和9．90mV／mm，而非干涉测量的灵敏度分别为4．30μW／mm和0．35mV／mm；当位移信号较大时，干涉测量的灵敏度分别为2．643mV／mm和0．055mV／mm，非干涉测量的灵敏度分别为12．326mV／mm和4．194mV／mm，测量结果与分析得到的结论一致。对于光纤干涉仪强度调制检测的应用具有参考价值。     

全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温实验

阐述了全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温原理,并在20~40℃对测温系统进行了标定.利用Matlab数字图像处理技术对温度干涉条纹图像进行处理,设计了计算条纹移动数目的程序.通过测温实验对条纹记数程序进行了检验,有较好的准确度.     

基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪的压力和温度传感实验

对基于马赫-曾德尔干涉技术的光纤压力和温度传感特性的进行了研究。利用自制的全光纤干涉仪,对不同温度条件下的压力变化和不同压力下的温度变化引起的光功率的变化进行了测量和分析,给出该系统在无压力时温度测量范围是39~46℃;1N压力下,温度在40~45℃变化时,温度线性灵敏度为-4 078.7nW/℃,线性相关系数为0.976 6。45℃时,光功率随压力变化灵敏度为-1.162 1μW/N,线性相关系数0.989 3。结果表明系统在40~45℃和0~1N范围内,具有较好的温度和压力检测特性。     

全光纤Mach-Zehnder干涉仪相位补偿的研究

阐述了一种由2×2耦合器和3×3耦合器构成的光纤Mach-Zehnder干涉仪(MZI),推导了干涉仪三个输出端光功率的表达式.由于光纤本身的特性,光纤构成的MZI容易受到外界环境的影响,针对这一问题,采用了一种平衡检测相位补偿方法.该方法是通过两个PIN分别对3×3耦合器两路光信号进行接收,并对两路光信号进行差动放大.实验表明该方法可以很好地消除外界环境对MZI干涉效果的影响.     

Highly Sensitive Temperature Fiber Sensor Based on Mach-Zehnder Interferometer

We propose a highly sensitive temperature fiber sensor based on a Mach-Zehnder Interferometer (MZI). The MZI is composed of a piece of no-core fiber (NCF), a single-mode fiber (SMF), and a fiber taper (FT) structure. To accomplish high sensitivity, the component was immersed in a material with high thermo-optic coefficient (TOC). The experimental results showed that a high temperature sensitivity of 1.56 nm/°C was achieved for surrounding material with a refractive index (RI) of 1.45. The presented sensor has numerous advantages, for instance, extremely high sensitivity, easy fabrication, simple structure, compact size, and in-line applications.     

Experimental Measurement of Fused Fiber Coupler and M-Z Interferometer Performance as WDM Devices

An experimental study of the WDM response of fused fiber couplers and an M-Z interferometer is presented. The WDM practical implementation limits of single fused fiber couplers, along with fiber tapering measurements, were obtained. Mach-Zehnder interferometric devices based on fused fiber couplers were included in this work in order to surpass the single coupler's WDM limitations and widen the operation range of the analyzed fused fiber devices.     

Experimental Measurement of Fused Fiber Coupler and M-Z Interferometer Performance as WDM Devices

Abstract

An experimental study of the WDM response of fused fiber couplers and an M-Z interferometer is presented. The WDM practical implementation limits of single fused fiber couplers, along with fiber tapering measurements, were obtained. Mach-Zehnder interferometric devices based on fused fiber couplers were included in this work in order to surpass the single coupler's WDM limitations and widen the operation range of the analyzed fused fiber devices.     

一个新型的基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR系统

报道了新型的分布式传感测量布里渊光时域反射(BOTDR)系统.布里渊散射频移和强度均依赖于温度和应变,因此,BOTDR利用光纤中的自发布里渊散射作为测量信号可以实现分布式温度和应变测量.在BOTDR中,光源采用窄谱半导体激光器,并由声光调制器调制成脉冲光,经掺铒光纤放大器放大后,注入测试光纤以产生自发布里渊散射.利用双通Mach-Zehnder干涉仪分离光纤背向散射中的自发布里渊散射与瑞利散射信号,实现了自发布里渊散射的直接检测.实验结果表明基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR方案是可行的.     

基于Bitaper-LPFG-Bitaper结构的全光纤Mach-Zehnder干涉仪的温度传感特性

提出并制作出一种基于锥体光纤-长周期光纤光栅-锥体光纤结构的全光纤Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪传感器,并对其温度传感特性进行了研究.实验结果表明,固定光纤锥体和长周期光纤光栅的结构,仅改变两个光纤锥体之间的距离,对应不同的M-Z干涉谐振峰呈现出不同的温度传感特性:随着两个光纤锥体之间的距离增加,位于短波长处的谐振峰,传感器的温度灵敏度减小,而位于长波长处的谐振峰,传感器的温度灵敏度增加.当传感器长度为16.5 cm时,在1 680 nm附近的温度灵敏度达到0.102 06 nm/℃.实验结果对于锥体光纤-长周期光纤光栅组合型温度传感器的优化设计具有重要参考价值.     

马赫曾德尔干涉仪型波长交错器研究

提出薄膜器件与光纤器件构成组合器件的概念，详细研究了薄膜Gires-Tournois干涉仪型光学全通滤波器与光纤马赫-曾德尔干涉仪组合成的波长交错器的传输特性。并讨论了反射系数、损耗、色散、耦合比等参量对器件性能的影响。最后，提出一个双向马赫-曾德尔干涉仪组合器件的方案及其在双向波分复用系统中的应用。