保偏光纤偏振耦合应力传感器的研究

作用在保偏光纤上的横向应力可以引起偏振耦合现象,通过测量耦合强度可以检测应力的位置和大小,实现应力传感.设计了应力施加装置,包括底座、手动微位移台、数显测力计、施力探头、旋转台、光纤夹持机构和受力支架.在1根直径125μm,拍长2.1 mm的保偏光纤上进行了应力大小和作用长度对偏振耦合强度影响的实验研究.结果表明作用长度为拍长一半的奇数倍时,耦合强度最大.在部分区域耦合强度和应力大小成线性关系,可应用于应力传感器中.     

基于保偏光纤环镜的光纤光栅传感解调

研究了基于保偏光纤的光纤环镜结构并建立理论模型,分析各参数之间的关系,设计并搭建了基于偏振干涉的保偏光纤环镜传感解调系统.以LabVIEW作为软件平台,依据理论模型,开发了光纤光栅传感嚣解调控制系统,不仅实现了对解调系统的远程控制、数据采集、图形化显示及数据存储,节省了成本,还能直接获得待测参量值.采用可调谐激光器模拟光纤光栅反射波长的变化,实验证明了该解调方案的可行性和正确性.温度传感检测实验表明,该系统对温度的测量平均精度可达0.03℃,准确度为±0.01℃.

Abstract：

The loop mirror structure based on the polarization-maintaining fiber was investigated, the corresponding theoretical model was established, and the relations of these parameters are also analyzed. The sensor demodulation system of the polarization-maintaining fiber loop mirror based on polarization interference was designed and established. Using LabVIEW as the software platform, the demodulation control system for the fiber grating sensor was developed based on the theoretical model, realizing the remote control of the demodulation system, diagrammatic display and data acquisition and storage. With this scheme, the cost is reduced and the measured parameters can be directly obtained. The fluctuation of the reflection wavelengths of the fiber grating was simulated with the tunable laser, and the feasibility and validity of this scheme were confirmed by experiments. Detection experiments with temperature sensors show that the average temperature measuring precision can be up to 0.03 ℃ and the accuracy is ±0.1 ℃.     

白光扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

采用白光扫描干涉法,利用Michelson干涉仪中移动臂的移动补偿保偏光纤中产生的光程差,从而实现对保偏光纤绕组中偏振耦合点的耦合强度及空间位置分布的有效检测。分析了白光干涉仪的原理、结构以及干涉条纹特点,进行了保偏光纤环的扫描测量。结果表明,第一个保偏光纤环的质量优于其他各环,证明了仪器设计理论和实验结果相符。     

保偏光纤器件的对轴角度分析与测量

理论推导了保偏光纤(PMF)对轴角度、起偏器起偏角与相干域检测信号的关系,仿真分析表明,对轴误差越大,引起的偏振耦合越大.根据白光干涉原理,采用Michelson干涉仪光程补偿的方法,实验研究了偏振耦合强度与对轴角度之间的关系,并根据测量的耦合强度数据计算出对轴角度.     

载波调制法提高保偏光纤偏振耦合检测的信噪比

保偏光纤偏振耦合系统能有效检测保偏光纤中偏振耦合点的空间位置及耦合强度,因而可被广泛地应用于应力、应变、温度和位置的分布式传感中。由于噪声影响,测试系统中的信噪比和耦合强度检测灵敏度会下降。为了改善系统信噪比,提高保偏光纤中弱耦合点的检测能力,将铌酸锂外调制技术应用于白光干涉保偏光纤耦合测试系统。调制后的信号经光电探测器接收,用数字解调算法进行数据处理。实验结果表明:在电机扫描速度为0.75 mm/s,调制频率为9.1 kHz,采样率为140 kHz时,载波调制时信噪比提高了8 dB,解调耗时仅1.12 s。     

数字化扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

首先简要介绍了保偏光纤及其主要参数:模式耦合系数、拍长、偏振消光比和偏振串音等,并给出这些参数的定义和表达式;评价保偏光纤性能的拍长、模式耦合系数、偏振串音等参数也都与偏振耦合相关.讨论了偏振耦合测试技术,对成功应用于保偏光纤测试的波长扫描干涉法等七种方法作了比较.采用"白光"Michelson技术实现了光纤的寄生偏振耦合点空间分布位置测试仪,以该仪器完成了保偏光纤环扫描;偏振无源光器件测试;保偏光纤对轴;保偏光纤拍长测试;分布式(应力、位置、温度)传感;保偏光纤双折射色散测试等.并以保偏光纤环扫描为例给出实验结果,证明了仪器设计理论和实验结果的相符合性.     

保偏光纤模式耦合分析及其相干检测

当保偏光纤存在结构不均匀或者受到外部扰动时,将使其内部传输的一部分偏振光耦合到与其正交的偏振态上去。分析了保偏光纤内偏振光模式耦合的原理,给出了基于白光干涉法的偏振模式耦合检测方法,并用迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振模式耦合的耦合强度和耦合点发生的空间位置进行了测试。通过步进电机控制迈克尔逊干涉仪扫描臂的反射镜移动,改变干涉仪两臂之间的光程差,来补偿由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤出射时的光程差,实现了对偏振耦合的测量。为提高检测系统的灵敏度,需提高输出信号的信噪比,对光源发出的光进行高频调制,通过频谱搬移和相干解调,有效地抑制了各种干扰和噪声,使输出信号的峰值信噪比提高了5.1 dB,耦合强度测试最小值也由-57.6 dB提高到-62.7 dB,增强了测试系统检测微弱偏振耦合的能力。     

高精度保偏光纤拍长测量装置

拍长是表征保偏光纤产品性能的重要指标,近年来随着保偏光纤在光纤通信和光纤传感等领域的广泛应用,对拍长的高精度测量十分重要.基于白光干涉技术研制了保偏光纤拍长测量装置,通过测量保偏光纤上两个应力点之间的几何长度和对应耦合点之间的光学长度来计算拍长.几何长度采用激光干涉仪进行精确测量,光学长度是通过采用Hilbert变换和...     

光纤寄生偏振耦合测试偏振态的调整

提出一种在光纤寄生偏振耦合测试仪 (DPCA)中调整光束偏振态的方法。通过可旋转半波片的精确调整 ,使振动方向相互垂直的 2束线偏光以 4 5°角通过偏振器。并对如何得到最佳的条纹对比度进行了研究 ,指出在振幅比等于 1时 ,条纹对比度等于 0 .94 3;而振幅比等于 0 .786时 ,取得最佳的条纹对比度 1。     

保偏光纤保密通信研究

利用保偏光纤受到外界干扰时主轴发生变化，从而使其中传输的偏振光的偏振度发生变化的原理，实时检测介入窃听，给编码保密通信增加了一个保密度。由于是比例检出，信噪比高，抗干扰能力强。记录了无究听时系统在-3℃～60℃的背景噪声作为对比检出依据。检出窃听的阈值是裸光纤弯曲半径为8.5mm。     

光纤双折射对光纤环保偏能力影响的实验研究

为了研究光纤双折射对陀螺光纤环保偏能力的影响,选用三种不同型号的光纤采用相同的绕制方法制作相同规格的光纤环.采用白光干涉仪测试光纤环的偏振耦合分布,并利用光纤环两端尾纤与白光干涉仪尾纤的熔点引起的偏振耦合干涉峰计算绕环光纤的双折射.通过不同光纤环测试结果的比较,分析绕环光纤双折射对光纤环保偏能力的影响.测试结果表明,三...     

保偏光纤拍长的测量方法

介绍了保偏光纤拍长测量的几种常用方法,就其测量原理,试验装置及优缺点分别进行了较为详细的分析和说明.并就目前多数测量方法适用于高双折射光纤的不足,介绍了一种较好的测量低双折射光纤拍长的方法.     

保偏光纤环形谐振腔研究

报道了一种用于角速度测量的光纤谐振式传感器保偏光纤环形谐振腔的研究,给出了测量的原理、实验装置和实验结果.根据计算和实验结果,对影响系统性能的几个重要光学参数进行了设计和优化.该谐振腔已在传感器系统中得到应用.     

端面成像熊猫保偏光纤的偏振轴检测方法及精度分析

针对目前已有的横向观测偏振轴 检测技术精度不高的问题,提出了一种端面成像保偏光纤(PMF)偏振轴高精度检测方法,采 用基于轮廓特 征的自适应阈值分割技术提高应力区识别的速度和鲁棒性,采用同心圆加权平均定位技 术提高应力区 的定位精度,并分析了定轴误差的影响因素。仿真和实验表明,本文的端面成像PMF偏振轴 检测方法能够达到±0.1°的精度。     

保偏光纤技术进展及发展趋势

文章阐述了保偏光纤(PMF)的基本原理和制造技术，分析了国内外PMF的技术进展及PMF的发展趋势。     

基于保偏光纤模式干涉的应变传感器研究

为了进一步了解模式干涉光纤传感器的原理,并相应提高应变传感器的性能,提出一种基于保偏光纤(PMF)的模式干涉应变传感器。在两根单模光纤(SMF)之间,腰椎放大熔接一根长30mm的PMF,构成全光纤模式干涉传感器。应变的变化将会引起光纤的纤芯模与包层模相位差的变化,从而导致干涉光谱的变化。在应变范围为0～3 605με,通过光谱仪(OSA)检测宽带光源经光纤传感器后的透射光谱。采用最小二乘法对光强强度和应变进行线性拟合,发现光强减小的趋势与应变的变化有很高的线性关系,并测得应变的灵敏度可达到0.004dB/με,对应的分辨率为2.5με。本文传感器制造简单、费用较低和结构稳固,并且具有很高的分辨率,因此适用于实际测量。