高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅传感器的特性研究

报道了一种用高频CO2 激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅 (LPFG) .发现该LPFG具有独特的应变、温度、弯曲、扭曲和横向负载特性 .分析表明这些特性与单侧CO2 激光加热导致光栅横截面折射率分布不均匀有关 .基于这些独特的特性提出了几种新型的LPFG传感器 :1)能彻底解决弯曲与其他参量之间交叉敏感问题的弯曲不敏感的传感器 ;2 )不仅能绝对测量扭曲率而且能判断扭曲方向的扭曲传感器 ;3 )单个LPFG实现温度和横向负载同时测量的传感器 .这些新型的传感器具有方法简单易行、体积小、能埋入智能材料的优点 ,可实现对工程结构的实时监测 ,具有广泛的应用前景     

高频CO2激光脉冲写入长周期光纤光栅的弯曲特性分析

分析了高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅弯曲的谐振波长漂移灵敏度、谐振峰幅值变化的机理,讨论了新型长周期光纤光栅弯曲方向相关性并进行了数值计算,分析结果与实验结果相符.     

高频CO2激光脉冲写入超长周期光纤光栅特性研究

分析了高频CO₂激光脉冲写入的周期达数毫米的超长周期光纤光栅(ULPFG)的模式耦合特性，并在此基础上，简单分析了这种折射率变化主要在光纤包层，且沿光纤横截面呈非对称分布的ULPFG所具有的温度、应变、扭曲及环境折射率响应特性，并在文末做了实验验证，实验结果表明该ULPFG不同谐振峰具有不同的特性响应灵敏度，这与理论分析符合得较好.这些独特的光学特性将使得这种光纤光栅在光纤通信和光纤传感中具有应用价值. 关键词： 光纤传感 光纤光栅 2激光')" href="#">CO₂激光 超长周期光纤光栅     

长周期光纤光栅扭曲传感器

发现用高频CO2激光写入的长周期光纤光栅的谐振波长会随光栅扭曲而线性变化。当顺时针扭曲时，谐振波长向长波方向漂移；逆时针扭曲时，谐振波长向短波方向漂移。该新型扭曲传感器不但能实现对扭曲率的直接测量，而且能判断扭曲方向，因此具有广泛的应用前景。     

CO2激光写入长周期光纤光栅的折变理论及实验研究

理论分析了利用高频CO₂激光脉冲在不同类型光纤中写入长周期光纤光栅（LPFG）时光纤包层和纤芯发生折射率改变的机理和计算方法.结果表明,残余应力释放、快速固化、光纤致密化和熔融变形是高频CO₂激光能成栅的主要原因,但采用不同的写入方法、不同的激光写入能量在不同的光纤类型上制作光栅时各种机理的重要性不同.利用长周期光纤光栅对构成的M-Z干涉仪实验测量了高频CO₂激光以不同辐射能量在光纤不同作用位置所引起的光纤纤芯或包层的折射率平均变化量,并通过实际制作光栅的过程来初步验证光纤折射率的变化情况.CO₂激光与光纤相互作用机理的分析和实验研究为利用这种方法制作折变型全光纤器件提供了实验制作的基础和完善工艺的方法. 关键词： 光纤器件 长周期光纤光栅 2激光脉冲')" href="#">CO₂激光脉冲 折变     

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.     

高频CO2激光脉冲写入超长周期光纤光栅特性研究

分析了高频CO2激光脉冲写入的周期达数毫米的超长周期光纤光栅(ULPFG)的模式耦合特性,并在此基础上,简单分析了这种折射率变化主要在光纤包层,且沿光纤横截面呈非对称分布的ULPFG所具有的温度、应变、扭曲及环境折射率响应特性,并在文末做了实验验证,实验结果表明该ULPFG不同谐振峰具有不同的特性响应灵敏度,这与理论分析符合得较好.这些独特的光学特性将使得这种光纤光栅在光纤通信和光纤传感中具有应用价值.     

高频CO2激光脉冲写入光子晶体光纤长周期光栅的高温退火特性研究

报道了高频CO2激光脉冲在无限截止单模光子晶体光纤上写入的长周期光纤光栅的高温快速退火特性。实验发现以大约600℃为转折点,在退火温度低于600℃时,退火后的光栅谐振峰在低于退火温度的高温环境中的温度响应和应变响应都不稳定,线性度和重复性都较差;而在退火温度高于600℃而低于700℃时,退火后的光栅谐振峰在低于退火温度的高温环境中的温度响应和应变响应都很稳定,线性度和重复性也很好。如果将光栅加热到更高温度时,光栅会被慢慢部分擦除掉。通过对CO2激光脉冲在光纤上写入光栅过程引入光纤轴向不均匀的应力在不同高温下释放效率和程度的分析,对该现象进行了解释。     

对弯曲不敏感的长周期光纤光栅传感器

发现了用高频CO₂激光写入的长周期光纤光栅的谐振波长对弯曲灵敏度在圆周的不同方向上呈现周期性,且在两个特定的对称方向上对弯曲不敏感(即弯曲曲率达到1.1m^-1,谐振波长仅漂移-0.018nm).据此提出新型对弯曲不敏感的传感器和可调灵敏度弯曲传感器的设计方案,可望从根本上解决长周期光纤光栅在测量中存在的温度、应变或折射率与弯曲之间的交叉敏感问题.     

CO_2激光写入的长周期光纤光栅加速度传感器实验研究

基于高频CO_2激光在普通单模光纤上制作的长周期光纤光栅的应变和弯曲特性,本文设计制作了一种新型的加速度传感器.基于等强度梁理论分析了梁振动与长周期光纤光栅输出光强之间的关系,最后推导出了系统的加速度理论模型.文中搭建了长周期光纤光栅加速度计的实验测量系统.实验结果表明系统的加速度灵敏度约为2.82 v/g,准确度约为8.96×10~(-4) g,加速度测量误差约为0.82%.基于这种长周期光纤光栅的加速度计具有成本低、灵敏度较高等优点,因此在振动测量、惯性导航等方面将具有较好的潜在应用价值.     

Step-changed period chirped long-period fiber gratings fabricated by CO2 laser

A CO₂ laser and point-by-point method are used for fabricating step-changed period chirped long-period fiber gratings (LPFG). Several types of period chirped LPFGs have been demonstrated, such as, linearly chirp, peak-shape chirp, and cascaded linearly chirp. Unlike uniform LPFGs, the spectrum change such as multiple attenuation peaks, broader spectrum can be seen in these chirp gratings, and the spectral shape can be controlled by the grating period. Especially, the cascaded linearly chirped LPFGs performs a multi-peak as interference between the core mode and cladding mode, which can be used as multi-wavelength filters in fiber optic communication and fiber optic sensors. Also, a linear tuning range of 1.6 nm with -0.559 pm/με tuning rate is achieved in these types of devices by applying an axial strain.     

800 nm飞秒激光长周期光纤光栅的特性

利用800 nm飞秒激光脉冲作为光源,在标准通信单模光纤上直接刻写周期分别为100,200,300和400 m的长周期光纤光栅(LPFG),得到波长范围为1 280～1 680 nm的透射谱,分析研究了在不同刻写条件下LPFG透射谱的共振波长、透射深度和插入损耗等参数的变化。通过对比分析发现透射衰减与刻写长度、条数以及平台高度等有着一定的对应关系。优化实验参数制作出共振波长分别约为1 407,1 311,1 669,1 551 nm,透射深度分别约为24.0,22.3,27.8,23.4 dB,插入损耗分别约为2.5,1.7,3.2,2.0 dB的LPFG。     

镀膜长周期光纤光栅的单峰宽带滤波特性

镀膜长周期光纤光栅(LPFG)工作于相位匹配转折点时纤芯模与高次包层模的耦合产生单个宽带损耗峰,其3 dB带宽取决于纤芯模和包层模之间的色散差、光栅长度以及中心波长.研究表明,薄膜折射率和厚度的变化将影响纤芯模与包层模之间的色散差,从而影响损耗峰的3 dB带宽,同时损耗峰中心波长亦随之移动.薄膜折射率为1.57,厚度为350 nm时,损耗峰带宽可达302 nm.减小光栅长度在保证中心波长损耗大于6 dB的前提下可使损耗峰3 dB带宽增大至334 nm.进一步研究表明,在均匀LPFG中偏离光栅中点的适当位置引入单个π相移可以使带宽增大至372 nm以上.     

Controlling of symmetric and asymmetric mode coupling in long-period fiber gratings singe-side induced by long-pulse CO2 laser

We report a simple fabricating approach to control the mode couplings in long-period fiber gratings (LPFGs) through side exposing fiber to long-pulse-10.6-μm laser from a cheap, internally modulated CO₂ tube. By tuning focused-spot size on fibers, not only circularly symmetric mode coupling but also asymmetric mode couplings can be effectively achieved. Simulation of mode profiles in grating cross-section with Finite Element Method (FEM), and LPFG-cladding etching experiment with hydrofluoric acid (HF), support our explanation that asymmetric mode coupling in LPFGs depends on local refractive-index (RI) change within an azimuthally thin cladding layer, resulted from large-spot method induced deep melt flow on fiber surface during CO₂ laser irradiation.     

基于高重复频率飞秒激光直写技术制作衍射光栅的研究

基于由光子晶体光纤飞秒激光器产生的高重复频率飞秒激光搭建了飞秒激光微加工系统,利用LabVIEW编写程序精密控制三维移动平台的移动路径和高速快门,在加工功率为1.5W、移动速率为1mm/s时,利用直写技术在无胶铬版上得到了微米量级的任意形状的平面衍射光栅。利用CCD相机对光栅制备过程进行实时监视,保证了光栅的加工质量。制备的光栅在显微镜下观察,条纹边缘清晰、线纹粗细均匀。使用He-Ne激光照射加工的光栅,可以获得清晰、稳定、与理论符合很好的夫琅和费(Frauhofer)衍射图样,显示了所加工的光栅具有良好的光学性能。实验结果也表明了光子晶体光纤飞秒激光在光栅制作过程中所具备的良好的加工性能。     

Filtering characteristics of film-coated long-period fiber gratings operating at the phase-matching turning point

We present novel filtering characteristics of film-coated long-period fiber gratings (LPFGs) operating at phase-matching turning point (PMTP). The 3 dB bandwidth of a single broadband dip depends greatly on the film refractive index and thickness. A π-phase-shift in the grating center produces two band-rejection peaks between which the separation reaches 375 nm. This separation increases with the number M (M > 1) of π-phase-shifts that divide the LPFG uniformly. The central loss is constant at zero for odd M, whereas decreases with M for even M. Increasing film thickness and refractive index result in blue shifts of the dual peaks and enlarge the separations, which exhibits excellent tunabilities.     

Long-period fiber gratings fabricated with a CO2 laser beam and phase mask

A new holographic technique is proposed for fabricating long-period fiber gratings (LPGs) using a CO₂-laser and a phase mask. A CO₂ laser operating at 10.6 μm is incident normally on the phase mask and the diffracted interfering beams imprint a thermally induced periodic modulation into the cladding of the fiber placed behind the mask. Preliminary results of this technique are presented and discussed. An unusual self-tapered fiber LPG (STFLPG) is also presented.     

Torsion sensing with a fiber ring laser incorporating a pair of rotary long-period fiber gratings

We experimentally demonstrate a fiber ring laser for high-resolution torsion measurement, where the laser cavity consists of a Mach-Zehnder interferometer formed with a pair of long-period fiber gratings written in a twisted single-mode fiber by a CO₂ laser. The emitting wavelength of the laser provides a measure of the rate of the torsion applied to the grating pair, while the direction of the wavelength shift indicates the sense of the applied torsion. The narrow linewidth and the large side-mode suppression ratio of the laser can provide a much more precise measurement of torsion, compared with passive fiber-optic torsion sensors. The torsion sensitivity achieved is 0.084 nm/(rad/m) in the torsion range ± 100 rad/m, which corresponds to a torsion resolution of 0.12 rad/m, assuming a wavelength resolution of 10 pm for a typical optical spectrum analyzer. The ultimate resolution of the sensor is limited by the linewidth of the laser and could be an order of magnitude higher.     

CO2激光写入旋转折变型长周期光纤光栅的制作及理论分析

提出了一种光纤横截面折射率变化呈旋转非对称变化的长周期光纤光栅（R-LPFG） 结构,并利用多层圆波导理论和横截面折射率离散分析方法,结合模式耦合方程组和数值求解方法理论分析了这种光栅的模式耦合特征.理论分析表明R-LPFG纤芯基模主要与一阶非对称包层模发生耦合,当光栅旋转度逐渐变大时,R-LPFG基模会与一阶非对称包层模的奇模和偶模同时发生耦合,这就会使原来单一的谐振峰逐渐分裂成双峰,这是常规光栅类型所不具有的透射谱特征.由于R-LPFG的双峰来自同一对耦合模式,它们对温度的响应很相似,因此可利用双峰间 关键词： 光纤传感 光纤光栅 2激光')" href="#">CO₂激光 旋转折变