远程干涉型光纤传感系统的非线性相位噪声分析

以远程干涉型光纤传感系统为背景, 研究了系统非线性相位噪声构成, 对各构成要素的具体影响进行了详细分析和综合评价, 简要讨论了噪声抑制方案. 研究表明, 系统相位噪声主要包括强度噪声转化而来的相位噪声、非线性效应引起激光 线宽展宽导致的相位噪声以及自相位调制和交叉相位调制引入的相位噪声. 受激布里渊散射和四波混频可引入强度噪声并转化为相位噪声, 对于探测带宽较窄的光纤传感系统, 四波混频引入的该部分噪声往往可以忽略. 受激布里渊散射、四波混频和调制不稳定性都可引起激光线宽展宽从而造成相位噪声的增大. 当系统信道数目较多时, 交叉相位调制对相位噪声的贡献不可忽略. 所得结论对远程干涉型光纤传感系统的实际应用具有重要的指导意义.     

相位调制全光纤Mach-Zehnder干涉仪传感实验

使用单模石英光纤设计了相位调制全光纤M-Z干涉仪传感实验系统,采用CCD技术显示干涉条纹的空间分布及其移动情况,同时利用光电检测及可逆计数技术实现移动条纹的自动计数.利用该系统进行了光纤温度传感、光纤应变传感原理性实验测试.     

基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器

设计并研制了一种新型的基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器.该光纤弯曲传感器由两根光纤组成的光纤带固定于弹性弯曲结构上来产生迈克尔逊干涉信号,用光纤折射率匹配液填充微型腔,并施加音频振荡信号对相位干涉信号实现低频调制.采用相位生成载波技术对相位干涉信号进行调制和解调,实现了对曲率变化高精确度的检测.实验测试了该光纤弯曲传感...     

基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声特性研究

偏振诱导信号衰落现象的抑制是干涉型光纤传感系统的关键技术之一. 针对法拉第旋镜(FRM)法抑制偏振诱导信号衰落技术的残留偏振相位噪声问题进行了深入的理论和实验研究. 运用琼斯矩阵法建立了基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声的理论模型; 分析了影响系统偏振相位噪声的主要原因: 法拉第旋镜的旋光角度偏差、入射光偏振态调制度、干涉仪两臂光纤双折射; 提出了相应的抑制偏振相位噪声的方法. 详细仿真分析了入射光偏振态调制度对干涉型光纤传感系统偏振相位噪声的影响, 仿真分析得出若法拉第旋镜旋光角度偏差为最大工艺制造误差1°, 当入射光偏振态调制度为1.84 rad时, 系统可能出现的最大偏振相位噪声为0.0815 rad. 最后, 搭建了基于M-Z型偏振态调制器的偏振相位噪声测试系统, 测试了在传输光纤受到外界偏振扰动的情况下, 干涉传感系统存在的偏振相位噪声, 实验测试结果与理论分析结果基本一致, 有力地证明了该偏振相位噪声理论分析模型的正确性.     

白光干涉偏振模耦合分布式光纤传感器分析

分布式光纤传感器能够测量沿光纤长度上连续分布的外界量。用保偏光纤作为传感光纤的分布式光纤传感器,被测外界量引起保偏光纤中传播的两正交偏振模的相互耦合。用迈克尔逊干涉仪两臂光程差来补偿两个偏振模的光程差的方法探测传感信号。为了设计白光干涉偏振模耦合分布式传感器,根据统计光学原理分析了传感器的互相干特性。在此基础上分析了传感器的空间分辨力、光纤耦合点分辨力、最大传感光纤长度。波长1310nm、谱宽36nm的超辐射发光二极管(SLD)作光源．用色散参量为600ps／km,拍长3mm的保偏光纤的分布传感器空间分辨力和光纤耦合点分辨力分别为6cm和3mm。     

全光纤傅里叶变换光谱仪的关键技术研究

研究一种基于光纤Mach-Zehnder干涉仪结构的全光纤傅里叶变换光谱仪(fiber fourier transform spectrometer, FFTS)。设计了光程调制范围可达2 cm的压电陶瓷光纤相位调制器,代替传统傅里叶变换光谱仪中的动镜产生光程扫描。实验中采用1 310 nm DFB激光器作为参考光源,对测试光干涉图进行等光程间隔采样,以消除压电陶瓷非线性光程调制产生的误差。通过对测试光干涉图做傅里叶逆变换得到测试光光谱图。利用该FFTS系统测量了ASE宽带光源的光谱,并将测量结果和光栅光谱仪测量结果进行了对比,结果表明两者所测ASE光谱线型一致。最后,利用光纤光栅作为样品,对FFTS系统的光谱分辨率进行了检测,光谱分辨率达到了0.78 cm-1。     

飞秒激光刻蚀非平行壁光纤微腔Mach-Zehnder干涉仪特性及其流体传感研究

实验发现,飞秒激光微加工光纤微腔时,两个侧壁与纤芯轴向并不完全垂直, 刻蚀的非平行壁光纤微腔Mach-Zehnder干涉仪出现光程差随波长增大而线性减小、 微腔总损耗随波长增大呈递减变化等反常现象.对此,提出非平行壁光纤微腔Mach-Zehnder 干涉仪新模型并初步建立了分析理论,采用新模型及分析理论对新型微腔干涉仪特性进行了研究. 数值分析了微腔底角、深度等参数对谱峰波长位置的影响,理论研究了微腔的光波传输损耗、 吸收损耗、插入损耗、材料红外吸收损耗以及对干涉条纹对比度的影响, 理论分析与实验结果相符.实验获得水溶液干涉条纹对比度高达35 dB的非平行壁光纤微腔Mach-Zehnder干涉仪, 将新型光纤微腔干涉仪用于流体传感,其蔗糖水溶液折射率传感灵敏度高达-12937.31 nm/RIU.     

大光程差弹光调制干涉仪的温度补偿策略及实现

针对大光程差弹光调制干涉仪工作中的温漂问题,提出了一种包含电压和相位补偿的温度补偿控制策略。首先,根据相似与模化理论,建立了弹光调制干涉仪机械特性的等效电路模型,分析了温度对弹光调制干涉仪谐振频率的影响,建立了驱动电压、频率和谐振频率之间的数理模型,确定了大光程差条件下达到稳定状态的控制方法;然后,将数字锁相环技术与电压和相位补偿程序相结合,给出了包含电压和相位补偿的光程差偏移数字式控制设计方法;最后,将包含电压和相位补偿的数字式驱动控制系统与传统的模拟驱动控制系统进行对比测试,采用激光多普勒测振仪记录3小时内光程差偏移量。结果表明,该方法将长时间工作中温漂造成的光程差偏移率降低了约50%。     

马赫-曾德光纤干涉光谱测量系统的设计

光纤干涉光谱仪由于其体积小、分辨率高、抗电磁干扰和耐高温的特点,广泛应用于各种领域的物质检测中。设计了一种使用电动光纤延迟线实现光程差调制的基于Mach-Zehnder光纤干涉仪的光谱测量系统。介绍了系统的构成,推导了基于该系统的光谱计算公式以及分辨率计算公式。搭建了实验平台,对一宽谱光源进行测试,并采集其干涉信号,解调出了相应的光谱图。对结果进行分析,当最大光程差变为0.479 5 cm时,光谱分辨率为2.085 4 cm-1。电动光纤延迟线的性能在很大程度上决定了最终解调出的光谱的分辨率、精度,尤其是速度和延时时间的精度和线性度。     

色散补偿光纤通信系统中孤子之间的相互作用

采用变分原理与位力定理研究了非线性光通信系统色散补偿方案中,相邻孤子之间的相互作用对孤子传输特性的影响。结果表明:在相位匹配与等幅孤子注入时,在普通单模光纤中这两个孤子先相互吸引,而后又相互排斥,显现周期性碰撞的变化规律,形成束缚孤子态,而在色散补偿光纤中传输的孤子之间不发生碰撞;对相位不匹配与等幅孤子注入,孤子之间发生分离;对相位匹配和不等幅孤子注入,在色散补偿光纤中传输的孤子,如果初始间隔φ0越小,应注入较大的初始幅值差η0,以利于孤子的传输。     

基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器

设计并研制了一种新型的基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器.该光纤弯曲传感器由两根光纤组成的光纤带固定于弹性弯曲结构上来产生迈克尔逊干涉信号,用光纤折射率匹配液填充微型腔,并施加音频振荡信号对相位干涉信号实现低频调制.采用相位生成载波技术对相位干涉信号进行调制和解调,实现了对曲率变化高精确度的检测.实验测试了该光纤弯曲传感器的相位干涉信号与光纤带弯曲曲率的关系,并与理论分析对比.结果表明该光纤弯曲传感器具有43.96 rad/m－1的灵敏度及0.004 m－1的高分辨率.     

光纤干涉测距中光程定位的研究

提出一种由定位干涉仪和测量干涉仪组成的光纤干涉绝对距离测量方法;并用标准长度光纤实现光程倍增以增大测量范围;重点讨论了用脉冲电流调制的准单色光源实现光程定位的方法及其精度。通过理论分析和仿真实验,定位重复性误差优于±1μm。     

干涉型光纤传感系统偏振分集接收实验研究

针对干涉型光纤传感器中存在的偏振诱导信号衰落现象,对偏振分集器(PDR)抗衰落原理进行了理论推导与软件仿真。设计并搭建了基于相位产生载波(PGC)调制解调、全光纤偏振分集器接收的光纤迈克耳孙型干涉传感实验系统,系统得出的信号与压电陶瓷光纤相位调制器产生的模拟信号基本相符。通过静态扭动干涉臂光纤改变干涉仪偏振状态,测量了PDR三通道可视度,得出信号稳定性、系统本底噪声与可视度的关系。结果表明,选择可视度大于0.5的偏振分集器通道输出可抑制信号衰落并实现信号稳定输出。     

基于迈克耳孙干涉仪的微机械光纤信号调制器

基于迈克耳孙干涉仪原理,设计了利用双光束干涉效应的微机械光纤信号调制器.实验中从输入端输入的光纤信号,经分光板后分为光强相等的透射光束与反射光束;调制信号以电压形式加载于压电陶瓷,使其伸缩振荡,以调制透射光束与反射光束之间的光程差;透射光束与反射光束经透镜聚焦后在输出端面发生双光束干涉,在输出端输出被调制的光信号,再耦...     

光纤Mach-Zehnder干涉仪系统

介绍了光纤Mach-Zehnder(MZ)干涉仪系统的结构.给出了光纤Mach-Zehnder干涉仪系统中信号光与参考光的干涉原理以及影响干涉光强的因素.同时也分析了光纤耦合器的交叉耦合,另外也给出了PZT的作用.阐述了光纤偏振控制器的结构、工作原理及其对光纤Mach-Zehnder干涉仪系统传感臂偏振态的控制,最后给出了光纤Mach-Zehnder干涉仪系统的应用.     

基于最小二乘法的光纤法布里-珀罗传感器相位校正解调算法

为了提高光纤法布里-珀罗传感器的解调精度和效率,利用干涉光谱中的波峰计算出一系列光程差,根据最小二乘法求出该组光程差中方差最小的解作为粗略解调结果,并计算出光谱附加相位;在光谱附加相位基础上进行校正,得到补偿光程差,两者之和为最终解调结果.仿真结果表明,该算法的解调误差在±2.5nm内.光纤法布里-珀罗蓝宝石高温传感实验表明,从室温升到1 000℃时,该算法解调光程差精度为5.4nm,对应温度的精度为±0.36‰F.S.,同等条件下计算速度比FFT-MMSE快400倍,具有计算精度高,计算速度快的优点.     

光纤传输系统中互相位调制和受激拉曼散射串扰噪声的比较研究 I——单级传输系统

在密集波分复用强度调制一直接检测光纤系统中，导出了包含互相位调制和受激拉曼散射共同作用的强度／相位矩阵表达式。在计算强度噪声谱的基础上，研究了互相位调制和受激拉曼散射的相互耦合并用于密集波分复用系统的噪声分析。分析表明，受激拉曼散射主要引入低频串扰噪声，而互相位调制主要引入高频串扰噪声。相邻较近信道引入的串扰噪声主要来源于互相位调制，相邻较远信道引入的串扰噪声主要来源于受激拉曼散射。在单级传输(无色散补偿)系统中，系统性能一般首先受到互相位调制的限制。     

基于匹配干涉仪的光纤环形激光相干坍塌抑制

跳模会导致单波长光纤环形激光器相干性有不同程度的退化,严重影响光学系统的性能。设计一种基于匹配干涉仪的相干坍塌抑制方案,分析抑制机理。并分别搭建臂差可调的空间光匹配干涉仪(SLMI)和全光纤结构匹配干涉仪(AFMI),通过实验对抑制效果进行方案验证。结果表明:当SLMI的等效臂差不断逼近理论值时,可监测到多模匹配干涉现象,该现象等效于单纵模激光干涉,从而实现相干坍塌抑制;AFMI结构紧凑,便于嵌入光纤相干探测系统中,能有效抑制随机跳模引入的相干坍塌和相位噪声谱级的大幅上升,降低系统虚警概率。作为一种被动手段,匹配干涉仪对抑制或规避模式失稳引起的相干坍塌具有指导意义。     

光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术

光纤干涉型传感器是由于外界信号作用到干涉仪上，引起干涉信号相位的变化，通过对相位的解调来反应外界信号。介绍了光纤干涉型传感器的结构及其原理，并对各种干涉型传感器的相位调制与解调技术的优缺点进行了分析。     

双法布里—珀罗干涉仪传感模型的理论分析

本文提出了一种用发光二极管作为光源、用自聚焦透镜构成法布里-珀罗腔的双法布里-珀罗干涉仪光纤位移传感模型.根据部分相干光的干涉理论,得到了这个传感模型输出光强与两个法布里一珀罗干涉仪腔长之差的函数曲线.