环形光纤声发射传感器的相位调制特性研究

提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪的环形传感器,用于固体表面传播的超声波的检测.这种传感器的特点是能够精确地检测由固体表面传播的超声波产生的微弱振动.当超声波信号通过光纤传感器的两个臂到达探测器时,干涉仪的输出光强度受到了超声信号的调制.通过检测干涉仪的输出光强度并利用Fourier变换,测得了超声信号的振幅和频率.而且对传感系统的位相调制特性进行了仿真,并对实验结果进行了分析,结果表明该系统可用于固体表面传播的超声波频率特征的识别.     

Numerical ray tracing through a modified cladding fiber optic segment sensors

By using 3-D geometric optics, the effect of a modified cladding on the transmission of light through optical fiber is investigated. Analysis of the light transmission of the optical fiber as function of the modified cladding refraction index and length are presented for various input illumination focused and compared with 3-D ray theory. Applications to chemical sensors are also discussed.The intensity of light signal transmitted through an optical fiber, which its cladding over a finite length is removed, is used as a sensor of refractive of liquids, in which the fiber is immersed. The transmitted light intensity is measured as a function of liquid refractive index for different lengths of the unclad section of the fiber and at each unclad length its sensitivity to change in refractive index of liquid is presented.     

Design and operation of an evanescent optical fiber sensor

Design and operation of an optical fiber sensor based on the intensity modulation is reported in this article. Two distinct mechanisms are considered for the optical power loss and the sensor operation is explained in terms of these effects. The dominant loss mechanism is found to be the evanescent loss and based on this phenomenon the optical fiber sensor is designed. Performance of this sensor is tested as a liquid level sensor for water and the experimental results are reported. The dry and wet signals for this probe are measured for a series of measurements and important factors concerning the design and operation of sensor are described. The precision of measured values, reproducibility of the results, and the stability of sensing operation as a function of time are reported. Variation of the output reading of the sensor system for different launching power is also investigated. The output signal of an optical fiber sensor in general is nonlinear, but both the signal difference (dry minus wet) and diff/dry signal ratio for the reported sensor show linear dependence with the launching power at intensities below threshold. The reported results are promising and verify the successful operation of such a device as an on/off level switch and also as a liquid level sensor.     

基于M-Z干涉仪原理的光纤超声检测

提出了一种基于M_Z(Mach_Zehnder)干涉仪原理的光纤超声检测技术和U形结构的光纤传感器。讨论了光纤传感器与超声波之间的相互作用关系。对传感器的灵敏度与传感光纤的有效长度、U形结构的个数之间的关系进行了理论分析,实验结果和理论分析结果是一致的。通过比较超声波在三种不同入射方式下探测器的输出电压可知,该结构的光纤传感器在声信号垂直入射时由探测器探测到的信号最强,即传感器有很强的方向性,适合于对声表面波的定向检测。     

一种用于拉曼光谱研究的毛细管/双光纤传感器

:本文提出了一种用于拉曼光谱研究的新型毛细管/双光纤传感器,对传感器构型和特性进行了研究,并将其用于四氯化碳样品的研究。结果表明,毛细管传感器的信噪比和灵敏度较普通方法有较大提高     

基于无芯光纤强度调制型液位传感器的设计与性能

利用强度调制型光纤传感器容易解调的优势,提出了一种强度调制型光纤液位传感器.传感器由三根无芯光纤组成,其中,无芯光纤1与无芯光纤2串联构成测量臂,无芯光纤3构成参考臂.仿真分析得出,无芯光纤长度每缩短1mm,透射峰波长增加25.46nm.在0~50mm小液位范围内,实验测得传感器在水、5%NaCl、10%NaCl和15%NaCl水溶液四种液体环境中的液位灵敏度分别为0.069 5dB/mm、0.074 73dB/mm、0.077 49dB/mm及0.082 71dB/mm,线性度分别为0.998 25、0.998 49、0.988 11及0.995 13,线性度较高.该传感器可较好地消除光源光功率波动与环境温度变化带来的影响,重复性较好,在石油化工领域有一定的应用潜力.     

光纤数据链路模拟器设计

为分析光纤制导导弹飞行中光纤信道变化情况,满足导弹动静态仿真需求,设计了一种能够模拟光纤数据链路传输损耗特性的装置。研究内容包括建立系统传输损耗的动态、静态模型。利用光模拟器实现导弹飞行中可能遇到的信道干扰、数据延迟、动态损耗等情况。实验结果表明,光信号干扰的变化范围达到-50 dBm～-40 dBm,光信号的传输延迟范围为16.65 s～99.9 s,模拟器动态损耗调整范围为0 dBm～50 dBm,可用于验证导弹光纤传输系统的性能。     

FBG多功能传感系统集成与应用

为充分发挥光纤光栅(FBG)传感系统复用能力,可同时对传感光路各个传感器的光信号进行有效识别,且为传感器设计和加工提供依据,基于FBG传感原理,从系统集成及复用能力优化的角度,探讨波分复用传感器设计方法,以及节点传感器结构和灵敏度设计原则与标准,并将提出的原则等应用于某实际工程光纤监测系统。传感系统在运行过程中,获得了较为可靠的监测数据,分布式光纤和点式电测技术测试结果相差6%左右,进一步表明临近光纤传感器没有出现传感信号串扰现象,为工程施工和安全维护提供参照。     

光双二进制传输系统的性能研究

光双二进制信号的谱宽是传统二进制信号的一半,采用双二进制传输比二进制传输色散限制的中继距离可增加一倍.本文对采用传统光接收机的光双二进制传输系统用MATLAB进行了通信仿真.结果表明:在完全消光条件下,10 Gb/s双二进制信号在常规单模光纤上传输可达160 km,40 Gb/s双二进制信号在非零色散光纤上为30 km,均比二进制增加了一倍;详细考察了消光比对传输的影响,只有消光比大于25 dB时,双二进制相对于二进制传输的优越性才呈现出来.     

Generation of optical carrier suppression millimeter-wave signal using one dual-parallel MZM to overcome chromatic dispersion

In this paper, we have proposed a novel approach to generate optical carrier suppression (OCS) mm-wave with signal only carried by one first-order sideband using a dual-parallel MZM in radio-over-fiber (RoF) system, and the transmission performance was also investigated. As the optical mm-wave signal is transmitted along the fiber, there is no time shift of the data symbols resulting from the group velocity dispersion in the fiber because the signal is only modulated on one sideband. The simulation results showed that the eye diagram keeps open and clear even when the optical mm-wave signals are transmitted over 96-km and the power penalty is about 1-dB after fiber transmission distance of 60-km, which is quite consistent with our theoretical analysis. Furthermore, the proposed OCS optical mm-wave generation approach is also used in a full-duplex RoF link based on wavelength reuse at the base station for the uplink due to another pure sideband without carrying data. The bidirectional 2.5-Gbit/s data is successfully transmitted over 40-km standard single mode fiber with less than 0.5-dB power penalty in the simulation. Both the unidirectional RoF downlink and the full-duplex RoF system have good performance.     

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。     

光纤激光器及其在传感中的应用

介绍了光纤激光器的基本结构和特点，着重介绍了光纤激光器在相位型、波长型、光强型和偏振态型传感器中的应用，指出了光纤激光器在传感中的发展趋势。     

基于SM-NCF反射光谱辨识的液体折射率监测方法

针对分子生物学与环境监测领域高灵敏度特异性检测需求,提出一种基于反射光谱特征辨识的单端反射式光纤折射率传感器模型,并给出了这种基于多模干涉原理的单模光纤-无芯光纤(Single mode fiber-No core fiber, SM-NCF)串接结构传感机理及其理论模型。无芯光纤实质上是一种结构特殊的多模光纤,在实际应用中无芯光纤结构本身作为纤芯,外界环境介质当作包层,构成光波导结构。这与普通多模光纤相比,不需要采用氢氟酸对多模光纤的包层进行化学腐蚀,不会降低光纤的机械性能,也不会破坏芯模传输条件,可以更好的实现对周围环境折射率的传感监测。当无芯光纤所处外界环境折射率发生改变时,其波导结构和包层有效折射率均会发生改变,从而引起传输光信号的纵向传播常数和模场分布也会随之发生改变,最终导致不同波长对应传输光功率的变化。上述效应反映在反射光谱上,即干涉波谷对应的谐振波长、波谷峰值强度以及半波宽度发生相应变化,通过辨识该反射光谱特征就可实现对外界环境折射率的测量。借助光束传播法(BPM),数值模拟得到无芯光纤长度分别为自映像距离和非自映像距离时的SM-NCF内部光场能量分布规律,并制作了无芯光纤长度分别为自映像距离和非自映像距离的SM-NCF光纤折射率传感探头,将作为传感区域的无芯光纤一端与标准单模光纤熔接,采用磁控溅射技术在无芯光纤另一端面镀上金膜,用以提升反射光谱强度。在此基础上,搭建了基于SM-NCF终端反射型的光纤折射率试验系统,并开展了相关实验研究。研究结果表明,当无芯光纤长度是15 mm(自映像距离)时,随着液体折射率从1.331 5依次增大至1.390 2,SM-NCF反射光谱逐渐向长波方向偏移,其反射峰谐振波长对应的折射率灵敏度约为197.57 nm·RIU-1,相关系数为0.93;反射峰值强度也呈现逐渐降低趋势,其折射率灵敏度约为-62.80 dB·RIU-1。当无芯光纤长度是20 mm(非自映像距离)时,随着液体折射率依次增大,SM-NCF反射光谱呈现明显双峰现象,且均逐渐向长波方向偏移,dip2谐振峰波长折射率灵敏度约为133 nm·RIU-1,相关系数为0.96;反射峰值强度也呈现逐渐降低趋势,其折射率灵敏度约为-31.66 dB·RIU-1。对比分析可知,不论是从反射峰谐振波长偏移的角度,还是从反射峰值强度的角度,自映像距离长度对应的 SM-NCF终端反射型光纤传感器均具有较高灵敏度。对于相同折射率液体环境,非自映像距离长度对应的SM-NCF反射光谱半波宽度与自映像距离长度相比,呈现显著变窄趋势。相对于SMS透射型传感结构,当传感区域长度相同时,SM-NCF反射型结构能够实现对光波信号的往返两次调节。这种终端反射型SM-NCF传感器改进了传统透射型折射率传感器不便与待测液体相接触的缺点,具有结构简单、易于制作、抗电磁干扰能力强以及便于远程遥测等优点,能够为后续生化与环保监测领域研究应用提供有益支持。     

一种改进的双边带调制产生光毫米波的方案

提出了应用于光纤无线通信系统中一种改进的双边带调制产生光毫米波方案。在中心站采用强度调制将射频信号调制到光载波上产生一个双边带信号,滤掉中心载波后,利用光交叉复用器把双边带信号的上下边带模分开,将数据速率为2.5Gbit/s的基带信号调制到下边带模后,再与未调信号耦合后产生光毫米波,然后通过单模光纤传输至基站,在基站经过光电转换后产生电毫米波信号。从理论上对该毫米波的色散特性进行了分析,发现毫米波的接收功率不会周期的衰减。同时通过实验研究表明,下行链路信号通过光纤能传输50km而不需要色散补偿,功率代价小于1dBm。因此,该方法产生的光毫米波能有效克服光纤色散引起的信号时延而导致的基带信号退化,适合于远距离传输。     

Polarization maintaining optical fiber multi-intruder sensor

In this paper, an optical fiber multi-intruder sensor based on polarization maintaining optical fiber (PMF), without any interferometric fiber loop, is introduced. To map the local coordinates of intruders on the beating spectrum of the output modes, radiation from a ramp frequency modulated laser is injected at the input of PMF optical fiber sensor. It is shown that the local coordinates and some characteristics of intruders can be obtained by the measurement of the frequencies and amplitudes of the output mode beating spectrum. Generally the number of beating frequencies is more than the number of intruders. Among the beating frequencies, a group with maximum signal to noise ratio is chosen. The short Fourier denoising method is employed to increase the sensor resolution. Because the output signal is the superposition of finite numbers of discrete frequencies this method is a powerful tool for denoising even for negative signal to noise ratio.     

基于光信号偏振度的偏振模色散补偿系统的研究

偏振模色散已成为当前发展高速长距离光纤传输系统的主要限制因素。理论上分析了光纤一阶偏振膜色散效应对高速伪随机非归零码／归零码光信号偏振度的影响，并利用数值模拟的方法分析了信号不同输入偏振态以及高阶偏振膜色散效应对非归零码光信号偏振度的影响。最后对利用信号偏振度作为反馈控制信号的自适应偏振膜色散补偿系统的补偿性能进行了分析，大量统计分析结果表明对于10Gbit／s的非归零码光纤传输系统，当传输线路的平均偏振膜色散值小于43ps时，利用极大化输出信号偏振度的偏振膜色散补偿系统对信号眼图的补偿概率可以达到99．99％．     

主动相位偏置折叠型萨尼亚克光纤传感阵列时分复用技术

针对折叠结构萨尼亚克(Sagnac)光纤传感阵列存在噪声光与信号光混叠的问题,提出了一种主动相位偏置时分复用方案.在传统梯形结构传感阵列的基础上,通过调整总线光纤的长度关系和附加延迟光纤的方法,使噪声光和信号光依次交替返回而不会发生混叠.进一步分析表明,通过调整延迟光纤环的长度,可以使输入光脉冲的重复频率达到标准时分复用系统重复频率的二分之一.整个阵列的相位偏置由一个与输入光脉冲同步的相位调制信号驱动集成光学芯片实现.实验演示了一个两基元的传感阵列,最小时间间隔为331.25 ns,输入光脉冲重复频率可达754.727 kHz,在5 kHz处相位灵敏度为7.3μrad√(Hz),探头间串扰约为-51.75 dB.     

基于飞秒激光加工的马赫-曾德尔干涉氢气传感器

介绍了一种基于光纤微加工的氢气传感技术方案。利用波长为800nm的飞秒激光脉冲在普通单模光纤上加工马赫-曾德尔(M-Z)干涉腔,并采用磁控溅射方法在加工后的M-Z干涉微腔上溅射钯(Pd)膜,制备了一种新型的光纤氢气传感器。分析了加工工艺对微腔干涉效果的影响,选择合适的加工参数以及加工后对微腔进行后续处理,可使微腔的透射光谱的分辨率得到提高。实验研究了腔长为40μm的M-Z干涉传感器分别镀36nm、110nmPd膜后,对氢气的响应。结果表明,在不同的氢气浓度下,镀Pd膜的M-Z干涉传感器都表现出对氢气的敏感特性,随着氢气浓度的增大,透射光谱会向长波长方向偏移,其中Pd膜厚度为110nm比厚度为36nm的传感器对氢气有更好的灵敏度。     

基于啁啾相移光纤光栅的滤波器设计及应用

相移光纤光栅作为透射型带通滤波器件降低了使用成本和插入损耗.在光通信和传感领域有着较高的应用价值.啁啾相移光纤光栅的透射峰波长和数量由相移点的位置和数量来确定,透射峰特性受相移量的影响.采用分段切趾的方法获得满足光通信要求的滤波特性,利用传输矩阵法分析了切趾前后透射峰特性的变化,结果表明:切趾改善了滤波器的幅度和相位响应,依据滤波器的设计要求选取不同的切趾函数以及切趾比例;切趾还大大减弱了透射峰波长和深度对相移量的敏感度,适当切趾后相移量的影响可以忽略.并提出一种应用双通道啁啾相移光纤光栅滤波器产生脉冲毫米波副载波信号的方案.     

基于无芯光纤的多参数测量传感器

设计并制作了一种基于单模-无芯-单模-无芯-单模光纤结构的马赫-曾德尔传感器,可用来同时测量折射率和温度.该传感器中,两处无芯光纤充当输入、输出耦合器,中间单模光纤作为传感臂.利用有限元仿真和理论分析,确定耦合器和传感臂的最优长度为15 mm.在无芯光纤中激发出的高阶模进入单模光纤的包层传输,由于倏逝场的作用,受到环境折射率和温度的影响.选取透射谱不同干涉级次的波谷作为研究对象,实现了折射率和温度的同步测量.实验结果表明:1545 nm附近干涉谷的折射率和温度灵敏度分别为–153.89 nm/RIU(refractive index unit)和0.166 nm/℃;1570 nm附近干涉谷的折射率和温度灵敏度分别为–202.74 nm/RIU和0.183 nm/℃.该传感器在实现折射率和温度同步测量的同时,仍能保持较高灵敏度,在生物医疗等方面有着较好的应用前景.