温度不敏感的光纤布拉格高压传感技术研究

 为了实现单一光纤光栅对压强精确测量,设计了一种温度不敏感的光纤布拉格高压传感器。对该传感器的温度特性及压强响应特性进行研究。给出了该传感器的结构及封装方法。从理论上分析了该传感器的温度去敏原理,推导了该压强传感器的光纤布拉格光栅中心波长与压强的关系,得到了该传感器的压强响应灵敏度的解析表达。通过实验分析传感器的温度特性及压强响应。实验结果表明,在21℃～260.8℃的范围内,实现了温度补偿,平均波长漂移量为0.75 pm/℃,在0～44 MPa的范围内,获得了-0.054 8 nm/MPa的压强响应灵敏度,是裸光纤布拉格光栅压力响应灵敏度的18.27倍。该传感器的压强响应具有很好的线性和重复性,实验值与理论值吻合得很好,该传感器能够通过一只光纤布拉格光栅实现压强的精确测量。     

用光纤光栅传感器测量外压力的动态调制方法

为了提高光纤布拉格光栅压力传感器的精度和降低系统成本，提出一种使用光纤双布拉格光栅测定压力的测量方法，即在外界压力作用下，传感光纤布拉格光栅反射波长的飘移被转变成在交变力策动下发生弯曲的等强度悬臂梁调制的扫描光栅的反射光脉冲间隔的变化。实验结果表明：光纤布拉格光栅反射波长漂移的测量范围为0～3nm，波长测量的不确定度为1pm；压力传感器的量程为0～6MPa时，压力的测量不确定度为0.005MPa。     

双波长高灵敏度Bragg光纤光栅压力传感器

裸光纤光栅压力灵敏度只有 -2. 05×10-6 /MPa,这样并不能将其用于低压力范围内的测量 本文改进了封装结构,利用金属管结构对光纤光栅部分封装,制作成双波长高灵敏度光纤光栅压力传感器 其压力灵敏度在 0~0. 44MPa的范围内可达-2. 44×10-3 /MPa,是裸光栅的 1200倍,大大提高了光纤光栅压力传感的灵敏度 采用自行研制的Bragg光纤光栅,其反射波长为 1558. 00 nm,峰值反射率为 99% 封装后的Bragg光纤光栅位于铜管的轴心,将其一部分 (约光纤光栅的二分之一 )封装到长 25mm,外径 10mm厚为 0. 8mm的铜管内 室温为 18℃时将封装好的光…     

光纤布拉格光栅电流传感的理论和实验研究

对皮磁致伸缩棒调谐光纤布拉格光栅为基础的新型电流传感器进行了理论和实验研究。将一个光纤布拉格光栅牢固地粘贴在一置于多层螺线管中心部分的磁致伸缩棒上，构成传感头。当通过螺线管的电流改变时，磁致伸缩材料在均匀磁场的作用下产生沿纵向的应变并传递到光纤光栅上，从而导致光纤光栅的布拉格波长移动。外加电流和波长移动之间的关系是线性的，线性调谐的波长范围为0.9nm，电流强度范围为900mA，灵敏度约为1000mA/nm，电流强度可精确到10mA。理论和实验符合得很好。     

压力与温度双参量传感优化系统的研制

研究了一种基于管式弹性应变敏感元件的光纤光栅传感器结构。利用双光纤布拉格光栅(FBG)产生双反射峰．对压力和温度进行了同时区分测量。在压力为0～20MPa,温度为20～150℃的范围内,布拉格反射波长对应压力与温度的变化均呈现良好的线性响应特性,响应灵敏度分别为0．089nm／MPa和0．024nm／C^-。压力温度双参量系数矩阵的实验拟合值与理论计算值之差仅占理论计算值的1．8％。该方法与标准测量方法比较,压力的准确度为0．47％;温度的准确度为0．74％。该方法还较好地削减了压力与温度交叉敏感的影响,按压力与温度测量的最大量限计算,温度对压力交叉影响的误差仅为0．16％。     

高灵敏度的光纤光栅压强传感器

基于光纤布拉格光栅传感模型 ,提出了一种等强度梁与波纹管相结合的高灵敏度的光纤布拉格光栅压强传感器 ,推导了光纤布拉格光栅反射波中心波长相对偏移量与压强之间的解析关系式 ,从理论和实验上给出了压强灵敏度系数。该传感器的理论和实验压强灵敏度系数分别是 1.4 76× 10 -2 MPa-1、1.35× 10 -2 MPa-1,是裸光纤光栅的 74 5 5倍和 6 80 8倍 ,理论值与实验值吻合得很好。同时指出通过调节等强度梁和波纹管的参量 ,可以将该传感器的压强灵敏度系数做得很高 ,直至破坏了光纤布拉格光栅。     

一种测定光纤光栅布拉格反射波长位移的简单方法

报道一种简单的光纤光栅对参考法测定光纤光栅布拉格波长的位移的方法，其原理是利用一个布拉格波长可调谐的光纤光栅去跟踪另一个光纤光栅拉格波长的变化，测得的光栅布拉格波长的温度灵敏度为０．００８８ｎｍ／℃，这和用可调谐半导体激光器测得的结果十分接近。     

光纤布拉格光栅与空芯光纤多模干涉混合型温度应变双参量传感器

针对光纤应变传感器由于温度敏感而引入的测量问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应的混合型温度-应变双参量传感器。该传感器由两根单模光纤与一段内径小于单模光纤纤芯直径的空芯光纤熔接制成,其中一根单模光纤的光纤端面附近预刻一组光纤布拉格光栅。空芯光纤长度为厘米量级,光波以多模形式在空芯光纤侧壁中传播。结合光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应对温度和应变的不同响应灵敏度,通过求解双参数耦合矩阵同时获取温度和应变两个参量,并有效解决了单个传感器在温度或应变测量时的温度-应变交叉敏感性问题。采用中心波长为1 550.172 nm的光纤布拉格光栅与一段长为2.5 cm、内径为5μm的空芯光纤制备了相应的传感器,并进行了温度和应变测试。结果表明,光纤布拉格光栅和空芯光纤的温度灵敏度分别达到10.530 6 pm/℃和1.802 1 pm/℃,应变灵敏度分别达到0.720 7 pm/με和1.243 2 pm/με。     

微纳尺度光纤布拉格光栅折射率传感的理论研究

亚波长直径微纳光纤强倏逝场传输的光学特性,使其对周围介质折射率的变化具有极高的灵敏度.本文提出一种基于微纳尺度光纤布拉格光栅(MNFBG)的折射率传感器,结合微纳光纤倏逝场传输和光纤布拉格光栅(FBG)强波长选择的特性来实现高精度折射率传感,对其制备可行性进行了讨论.论文中对MNFBG折射率传感机理进行了深入的理论分析,并使用OptiGrating软件进行了数值模拟,模拟数据显示MNFBG折射率测量的灵敏度随着光纤半径的减小而增加,其中光纤半径为400 nm的MNFBG灵敏度可达到993 nm/RIU,相比于包层蚀刻的FBG灵敏度增加了170倍,说明MNFBG对发展微型化、高灵敏度折射率传感器具有良好的应用前景. 关键词： 微纳光纤 光纤布拉格光栅 折射率传感     

基于平面膜片的光纤光栅传感研究

提出了一种基于平面膜片的光纤光栅压强传感器.讨论了该传感器反射谱展宽、峰值波长变化与压强之间的关系.指出将光纤光栅沿径向粘贴在膜片中心附近时,反射谱的峰值波长与压强之间具有良好的线性关系,可以通过检测峰值波长来检测压强.该传感器的压强响应灵敏度系数的实验值为0.3964 nm/MPa,是裸光纤光栅压强灵敏度系数的132.1倍.该传感器的灵敏度系数与压强测量范围可以通过改变膜片的尺寸、材料的弹性模量、泊松比等参量来调节.     

一种新型的光纤光栅封装装置

介绍了一种新型剪刀形封装装置,并利用其进行了光纤布拉格光栅的温度补偿实验.这种封装结构保持了光纤光栅体积小的优点,同时无需给光纤光栅施加预应力;封装后不产生啁啾,并可与压电陶瓷结合,扩展光纤光栅布喇格波长的调谐范围;应变量的调节只跟金属丝有关,与支架的材料无关,从而大大简化了设计.在－30℃~80℃温区,温度灵敏度降低10倍以上,达到0.001 nm/℃,符合光纤通信要求.     

一种利用相位掩模版对光栅波长进行微调的光栅刻写方法

提出并实验证实了一种刻写光栅时既能保护相位版又能对光栅的反射波长进行微调的方法.通过调整光纤和相位版之间的距离,利用1 550 nm单模光纤和掺铒分别实现了0.48 nm和2.2 nm的光栅反射波长的调节.在相位版和光纤之间的距离保持在3 mm的条件下,既可以保护相位版又可以获得高质量的光栅.     

新型高准确度光纤光栅压力传感系统

提出一种使用光纤双布喇格光栅测定压力的测量方法.在外界压力作用下,传感光纤布喇格光栅反射波长的漂移,被转变成在交变力策动下,发生弯曲的等强度悬臂梁调制扫描光栅反射光脉冲间隔的变化.实验结果表明,光纤布喇格光栅反射波长漂移的测量范围为0～3 nm,波长测量的不确定度为1 pm;压力传感器的量程为0～6 MPa时,压力的测量不确定度为0.005 Mpa.     

大范围光纤Bragg光栅压力传感器增敏实验研究

鉴于钛合金材料具有低弹性模量、受温度影响小等特性,设计制作了一种以钛合金管作为光纤Bragg光栅应变增敏衬底元件的高压压力传感器件.通过与电阻应变计实时监控的对比,从实验上研究了光纤Bragg光栅的中心波长偏移对调谐压强的响应.结果表明:这种增敏设计,具有良好的线性响应和可重复性,且与理论推导结果吻合较好.增敏后对压力的响应灵敏度可达0.034 nm/MPa,测压量程可达0~40 MPa,甚至更宽.     

光纤光栅的压力传感特性研究

对聚合物封装的光纤光栅的压力敏感特性进行了实验研究,在10MPa的压力范围内,光纤光栅中心波长的相对变化与外界压力成良好的线性关系,由于聚合物基底的带动作用,两种不同聚合物封装的光纤光栅的压力灵敏度分别为-3.96×10^-5/MPa和-6.28×10^-5/MPa,提高为裸光栅的20倍和31.7倍。     

基于光纤光栅的可调谐半导体激光器

本文利用光纤光栅(FBG)形成外腔反馈及F-P半导体激光器的多模特性,得到波长稳定、可调谐的半导体激光光源,系统研究了不同反馈比率对激光器光谱特性的影响.通过向FBG施加轴向拉力和压力可实现10nm的波长调谐,得到一系列波长间隔0.94nm的激光输出,边模抑制比达35dB,光谱线宽小于0.2nm.     

Wideband wavelength tunable fiber ring laser with flattened output power spectrum

A wavelength tunable erbium-doped fiber ring laser with flattened output power spectrum over a broadband is proposed and demonstrated. The power flattening is achieved using a high-birefringence fiber loop mirror, in which a number of high-birefringence fiber sections and polarization controllers are used to get a reflection spectrum that can compensate for the output power spectrum. The wavelength tuning is realized by compressing or stretching the FBGs in the laser cavity. A 1×3 switchable fiber Bragg grating array is incorporated into the fiber ring to get a wideband tuning range of 38 nm, from 1527 to 1565 nm. Within this range, the output power uniformity is controlled within ±0.8 dB. The total output power is about 4 dBm, the 3-dB linewidth is 0.01 nm, and the side mode suppression ratio is more than 48 dB.     

Tunable Bragg gratings for fiber lasers

A tuning method of a fiber Bragg grating by the bending compression-tension is considered. With this method, a relative tuning range of the resonance wavelength of the grating of about 5% has been obtained. The changes in the shape of the spectrum and in the grating reflectivity during the tuning process are studied. The reflectivity of the fiber Bragg grating has been found to considerably increase with increasing degree of compression. It is shown that such an increase is caused by compression-induced changes in the refractive index modulation amplitude in the grating. The fiber Bragg grating developed has been applied for tuning the radiation wavelength of an ytterbium fiber laser. The tuning range of the laser has been found to be 45 nm around the central wavelength 1080 nm.     

基于光纤光栅的波长可调谐光分插复用器

本文报道了一种基于光纤光栅的波长可调谐光分插复用器.可连续线性调谐5.3nm来选择不同的信道进行上下载信息.用宽带光源对该器件的性能进行了测试;用该器件在4波长全光纤激光器作信号源的光纤通信传输实验系统中做了解复用实验.实验表明该器件能很好地下载光信号,相邻信道隔离度达到29dB,具有一定的应用价值.     

Wideband tunable linear-cavity fiber laser source using strain-induced chirped fiber Bragg grating

A novel wideband tunable linear-cavity fiber laser source using strain-induced chirped fiber Bragg grating (FBG) and erbium–ytterbium co-doped fibers is proposed and demonstrated for the first time. The strain-induced chirped FBG, which acts as a partial-reflecting mirror, is achieved by bending a uniform FBG bonded at a slant onto the lateral surface of a simply supported beam. A single wavelength lasing with a maximum wavelength tuning range of 17 nm has been achieved experimentally.