基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅解调技术综述

基于阵列波导光栅的光子集成解调技术是硅光领域的研究热点和难点.相比传统解调方法,基于阵列波导光栅的光子集成解调技术因其解调精度高、解调速度快、封装体积小等优势,在光纤布拉格光栅的高速、高精度解调上具有明显优势.近年来,随着光子集成技术的发展,各科研院所和相关机构对阵列波导光栅的光子集成解调法进行了广泛深入的研究与优化.本文通过介绍阵列波导光栅工作原理及基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅波长解调原理,结合基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅解调仪在材料体系和系统性能两个方面的重要进展,归纳了基于阵列波导光栅的解调仪的典型应用场景,从新材料、系统集成和规模化三方面对光纤布拉格光栅解调系统的未来发展提出针对性建议,为基于阵列波导光栅的光子集成解调技术的研究发展提供参考.     

分布式光纤布拉格光栅解调系统

提出并实现了一种可满足工程实用要求的分布式光纤布拉格光栅解调系统。该系统通过可调谐光纤F-P滤波器的连续扫描实现波长信号的解调。该传感系统扫描带宽50nm,单点工作带宽5nm,对一股应用系统每根单纤可设20∽30个点,分辨力5pm。     

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.     

基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法

本文提出并论证了一种光纤光栅高速解调的新方法, 利用色散补偿光纤的色散效应, 将光纤光栅的波长漂移信息转换成时域信息. 采用脉冲激光器作为光源, 仅需一个光脉冲可获取单根光纤上所有光纤光栅的反射光脉冲, 再根据各个光栅反射回光脉冲的延时变化即可实现波长的解调. 本方法可用于准分布光纤光栅传感网络解调, 系统采用全光纤结构, 无需波长扫描, 大大提高了解调速度. 本文搭建了测试系统进行实验验证, 对3个光纤光栅组成的准分布式传感网络进行了解调, 实验结果表明, 解调出的光纤光栅布喇格波长线性度好, 解调速度最高可达1 MHz, 采样数据取10次平均后解调线性度可达0.9969, 解调误差约为27.8 pm.     

基于改进的蝠鲼觅食算法的光纤布拉格光栅解调方法

针对光纤布拉格光栅在复用时,由于光源带宽有限可能会导致光谱重叠,进而影响解调精度的问题,提出一种新型的光纤布拉格光栅重叠谱解调方法.该方法基于改进的蝠鲼觅食优化算法,利用Tent混沌映射优化初始种群多样性,采用差分进化算法优化个体位置更新策略,解决了蝠鲼觅食优化算法易陷入局部最优的问题.对多个光纤布拉格光栅重叠谱进行仿...     

取样光纤布拉格光栅

用传输矩阵法从理论上计算了取样光纤布拉格光栅的反射谱特性,提出了几种最高其谱特性的调制方案。用取样掩模版一次成栅的方法首次获得了波长间隔为０．８ｎｍ和１．６ｎｍ的取样光纤布拉格光栅。     

光纤光栅传输矩阵研究

利用模耦合理论给出并分析了一般坐标系下相移布喇格光纤光栅中的传输矩阵及其特性,所给出的传输矩阵具有分段不变性,而且不能被分解为一个矩阵和一个相移矩阵的乘积.利用该传输矩阵可以研究均匀、相移、啁啾、超结构等光纤光栅及光栅的级联等.计算了相移光栅的反射谱和相移量的关系,以及两个光栅级联时的反射谱.结果表明,同样相移量时的反射谱和已有文献不同,两个光栅级联时,也不同于已有文献,各自的谐振波长与光栅的级联没有关系.     

用于光纤光栅解调的波长敏感光纤耦合器

为了拓宽光纤耦合器的使用范围,开发光纤耦合器的新功能,采用熔锥技术制作波长敏感耦合器,该耦合器在分光的同时对波长敏感。通过耦合理论验证实验结果,实验数据与理论值相符合。实验中得到波长灵敏度最大值为17.86%/nm的耦合器。采用拉锥工艺制作波长敏感耦合器工艺简单,耦合比峰值对应波长控制易于实现。该耦合器可用于光纤光栅布拉格波长漂移解调。令待解调光纤光栅布拉格波长与耦合器波长灵敏度最大值对应的波长一致,当波长发生漂移时,耦合器输出耦合比发生变化。自制的波长敏感耦合器实现了对布拉格波长为1566.71 nm光纤光栅波长漂移的解调,波长漂移1.80 nm,耦合比变化20.34%。此种解调方式具有光路简单,易于与光纤匹配的优点,可以应用在大型建筑中光纤光栅的健康监测。     

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。     

高频CO2激光脉冲写入的相移长周期光纤光栅

运用矩阵传输法，并结合长周期光纤光栅的模式耦合理论，阐述了相移长周期光纤光栅传输光谱的形成原理.利用高频CO2激光脉冲制作出相移长周期光纤光栅.该方法仅需用计算机绘制光栅结构图形，再由计算机依照此图形控制CO2激光器对普通光纤曝光，就可自动完成光纤光栅的制作.实际制造出一条相移长周期光纤光栅，在1520~1570 nm和1610~1670 nm波长范围内分别呈现出相移图样，相移波段的通带中心波长分别为1546 nm和1640 nm.对光栅进行温度测试，观测1610~1670 nm范围内相移光谱的变化，发现相移光栅的通带及阻带中心波长具有相同的温度变化系数，其数值为0.064 nm/℃，另外又测试了光栅的应变特性，灵敏度约为－0.51 nm/mε.因此在利用光栅温度特性或应变特性做传感的过程中，可以仅测试通带中心波长的变化，实现低成本多样化的测量手段.     

分布式反馈激光器动态扫描光纤布拉格光栅波长解调系统

通过对该系统采集到的法布里-珀罗(F-P)标准具透射谱和光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射谱进行寻峰算法以及拟合算法的研究,采用C语言编程和LabVIEW编程相结合的方式,实现了FBG波长信号的解调。其中,由于系统采集到的F-P透射谱和FBG反射谱线时域信号数据都由离散点构成,且在3dB带宽内均符合高斯曲线分布,采用高斯拟合对采集到的信号数据进行寻峰处理,提高系统精度;又由于分布式反馈(DFB)激光器的波长扫描存在着一定的非线性,采用二项式拟合对DFB激光器的波长扫描曲线进行拟合,以降低其非线性导致的误差。另外,设置一路标准FBG传感通道用于波长校准。实验研究表明该系统稳定性良好,波长测量范围为1 550.012~1 554.812nm,分辨力为1pm,精度为±10pm,验证了该系统可用于FBG波长信号检测的可行性。     

分布式反馈激光器动态扫描光纤布拉格光栅波长解调系统

通过对该系统采集到的法布里-珀罗(F-P)标准具透射谱和光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射谱进行寻峰算法以及拟合算法的研究,采用C语言编程和LabVIEW编程相结合的方式,实现了FBG波长信号的解调。其中,由于系统采集到的F-P透射谱和FBG反射谱线时域信号数据都由离散点构成, 且在3 dB带宽内均符合高斯曲线分布,采用高斯拟合对采集到的信号数据进行寻峰处理,提高系统精度;又由于分布式反馈(DFB)激光器的波长扫描存在着一定的非线性,采用二项式拟合对DFB激光器的波长扫描曲线进行拟合,以降低其非线性导致的误差。另外,设置一路标准FBG传感通道用于波长校准。实验研究表明该系统稳定性良好,波长测量范围为1 550.012~1 554.812 nm,分辨力为1 pm,精度为10 pm,验证了该系统可用于FBG波长信号检测的可行性。     

一种光纤波长解调光谱峰值定位算法

提出一种基于低复杂度Levenberg-Marquarat的光纤波长解调光谱峰值定位算法,该算法相对于现有的功率加权算法和高斯-多项式拟合算法,具有高精度定位光谱峰值的优点,实验结果表明,在高性噪比情况下,采用基于低复杂度Levenberg-Marquarat的峰值定位算法可以有效地抵制噪声提高解调精度,将光纤波长解调误差控制在1pm内。通过简化后的数据处理过程,可以满足高速解调的要求,便于在数字电路上实现。     

基于可调高斯型滤波器的光纤光栅振动解调技术研究

 传统的匹配光纤布拉格光栅型光纤光栅波长解调系统具有波长匹配精度低、调节困难和动态测量范围小的缺点。为了克服上述缺点,采用波长可调谐高斯型滤波器代替传统匹配光纤光栅,提出了一种新型的光纤光栅波长解调技术。建立了基于高斯型滤波器的光纤光栅振动解调系统。对不同频率和振幅的周期性振动进行了解调实验。发现当选择合适带宽的滤波器时,透过滤波器的光功率随压电陶瓷上所加电压信号同步且高保真地变化,表明该系统对振动信号实现了有效的解调。该系统同时具有响应速度快、物理结构简单、动态测量范围大的优点。     

Oscillation wavelength of fiber Bragg grating semiconductor lasers

Based on the physical fact that a laser containing a gain medium with homogenous line broadening oscillates at the wavelength which requires the smallest threshold gain due to the mode competition effect, after taking into account the wavelength-depended reflectivity distribution profile of a fiber Bragg grating, the oscillation wavelength λ_l of fiber Bragg grating semiconductor lasers has been investigated theoretically. The results show that the laser oscillation wavelength λ_B is not fixed at the Bragg reflection wavelength λ_l of fiber Bragg grating, and the offset between λ_B and λ_l depends on the reflectivity distribution profile of fiber Bragg grating and the gain profile of semiconductor gain medium.     

An optimized strain demodulation method based on dynamic double matched fiber Bragg grating filtering

An optimized strain demodulation method based on dynamic double matched fiber Bragg grating (FBG) filtering driven by a piezoelectric transducer (PZT) is proposed and experimentally demonstrated. Using an optimized triangular waveform to drive PZT, the nonlinear effect is eliminated, and extraction and processing of the peak signals are more convenient. Furthermore, taking advantage of double matched-FBGs and strain amplification structure to demodulate the Bragg wavelength, the wavelength scanning range can be extended to 6.3 nm, so that a large-scale and high-precision strain measurement can be achieved. The experimental results show that in the strain range of 0-3800με, the linearity of the relationship between strain and scanning time-difference is greater than 99.8%, and the stability of repeated measurements is up to 99.5%. This demodulation method can be widely applied in the FBG measurement system.     

光纤光栅传感信号解调技术研究进展

光纤光栅传感器是一种新型传感器,有着非常广泛的应用前景。限制光纤光栅传感器大量实际应用的主要障碍是传感信号解调,因而,光纤光栅传感信号解调是光纤光栅传感器应用的关键技术之一。本文对现有已报道的光纤光栅传感信号的解调方法进行综述,并归类为:边缘滤波法、匹配滤波法、可调谐滤波法、光源波长可调谐扫描法、射频探测法、光栅啁啾法、CCD分光仪法、干涉法。对各种方法的原理及相关改进方法进行了阐述,并对其优缺点做了比较分析,最后,对光纤光栅传感信号的解调技术发展进行了展望。     

光纤光栅法布里-珀罗温度传感器的理论分析

通过对弱反射率、长腔长布拉格光纤光栅Fabry-Perot腔(FBG-FP腔)的反射与透射理论分析,得出反射光相位变化与温度变化的关系式,得出了FBG-FP腔中心波长变化与温度变化的关系式,并提出了一种有效的实验解调方法,该方法通过对绝对相位的检测,得出温度的变化量。     

利用全光纤干涉解调技术的光纤光栅复用传感系统

提出了一种用于光纤光栅传感波长检测的新方法。系统采用全光纤Mach Zehnder干涉仪,运用动态的自参考相位检测方式,结合微机实时处理技术,实现了对三点复用传感器的高分辨率(0.99pm)解调,单点测量范围达3.32nm。系统结构简单、成本低,可以同时检测静态和低频动态信号。