一种基于外差探测的光纤Bragg光栅温度传感器

提出了一种基于光纤Bragg光栅的温度传感器，阐述了光纤Bragg光栅的温度传感机理，用2个相同的光纤Bragg光栅构成折叠式Mach Zehnder(M Z)干涉仪，其中一个光栅作为参考臂，另一个作为传感臂：采用外差探测技术来测量外界的温度物理量。当温度发生变化，Bragg光栅的波长也随之改变。外差探测用来探测传感臂和参考臂由于温度变化引起的输出信号的频率差异。对其动态测量范围和灵敏度也进行了分析。     

采用WDM技术的光纤Bragg光栅传感网络

采用绝对测量原理的波长调制技术,光纤Bragg光栅可组成并行、串行和阵列WDM拓扑结构.分析表明,光纤Bragg光栅网络的工作原理类似于一个多宽带平面镜.利用光谱仪可测量上述光纤Bragg光栅网络的反射谱,其中,光源是宽带为～40nm的掺饵光纤放大器.当网络中的光纤Bragg光栅受扰动后,受扰光栅的反射谱发生相应的变化,即Bragg波长发生相应的偏移.结果表明,当事先确定了光纤光栅的波长调制范围,反射的峰值波长能反应光纤光栅传感网络的信息.值得注意的是～3nm的波长调制范围可满足～100℃和～2000με的参量测量.     

基于激光器激射特性的新型应变传感系统

报道了一种基于掺铒光纤激光器瞬态特性的新型应变传感系统.用光纤环反射镜和光纤Bragg光栅(FBG)构成Fabry-Perot线型腔.腔内插入一个长周期光纤光栅(LPG)，其透射谱的中心波长为1574.4nm.FBG的带宽为0.23nm，不受力时其反射波长为1557.98nm，位于LPG的透射谱左沿；当FBG受力时激射波长向长波方向移动，激光通过LPG时透射损耗增大，腔损耗的增加将使激光激射延迟时间增加.因此，应变的大小可以通过激光产生的延迟时间来测量.这种新型应变传感器的分辨率和灵敏度由抽运光脉冲的高、 关键词： 应变传感 光纤激光器 时域测量 光纤Bragg光栅     

有限包层半径光纤Bragg光栅的理论研究

采用光纤波导三层模型,对有限包层半径光纤Bragg光栅导模有效折射率的改变进行了理论分析,结果表明:当包层直径小于16μm时,单模光纤Bragg光栅(纤芯直径为8.3μm)的导模有效折射率才开始发生明显变化.在包层外添加外包层,通过改变外包层的折射率可以实现对光栅Bragg反射波长的调谐,同时对不同芯子直径的光栅Bragg波长移动进行了数值计算.在保证光纤归一化频率不变的前提下,芯径越小Bragg波长调谐范围越大,当包层厚度为1μm时,芯径为a＝2.2μm的光栅Bragg波长调谐范围约为3.9μm.     

折射率直流分量调制对光纤Bragg光栅的影响

从耦合模理论出发,推导了折射率直流分量调制函数与光纤Bragg光栅相位之间的关系式,分析了折射率直流分量调制对光纤Bragg光栅时延特性的影响.利用传输矩阵法进行了数值仿真,仿真结果与理论分析一致.在理论分析基础上,提出采用同一块均匀相位掩膜版灵活制作具有不同线性或非线性时延特性的啁啾光纤光栅的方法,可用于高速光通信系统中不同色散和色散斜率的补偿.     

用于单频光纤激光器的光纤光栅双腔Fabry-Perot结构传输谱特性理论研究

分析了基于光纤光栅的全光纤型双腔Fabry-Perot(F-P)结构传输谱特性. 理论推出了两腔F-P结构传输率具体计算公式,给出在光栅中心波长处产生单谐振传输峰时,腔长与组成光栅反射率各需满足的条件. 基于理论分析结果,分两部分数值模拟了对称及非对称两腔F-P结构传输谱,讨论了计算结果并给出定性的解释,总结了腔长及光栅长度、折射率调制深度的设计原则. 结论表明,当单腔F-P结构腔长增大到阻带内出现多个谐振峰时,通过合理选取两腔结构的腔长及光栅参数,双腔F-P结构能够在整体长度不变条件下,抑制中心波长两侧的次谐振峰,而中心波长处的主谐振峰不受影响. 关键词： 光纤光栅 Fabry-Perot结构 光纤激光器     

基于掺铒光纤中动态粒子数光栅的振动检测

根据动态粒子数光栅形成机理,设计了一种线性双波混频结构的光纤系统。系统中,1490nm波长分布式反馈(DFB)激光器光源发出的连续激光,通过环形器进入一根3m长掺铒光纤作为注入光,被与掺铒光纤另一端光学耦合的压电振动镜反射后形成反射光。掺铒光纤中注入光与后向传播的反射光干涉形成驻波场,通过空间烧孔效应沿光纤纵向形成动态粒子数光栅。压电振动镜对反射光波进行相位调制时,环形器反射端口输出的双波混频(TWM)信号可视作输出光波的强度调制。实验中通过此双波混频系统对压电换能器产生的机械振动进行检测,结果表明:光纤双波混频检测系统具有良好的动态响应特性,能够测量50Hz~10kHz的振动信号,采集到的输出信号频率与压电驱动信号频率很好地吻合。     

侧面研磨光纤Bragg光栅的外部折射率敏感特性研究

光纤Bragg光栅对外界折射率的变化不灵敏,无法直接作为气体、液体等的敏感元件.侧面研磨的光纤Bragg光栅,一侧包层减小至几微米,其辐射场可通过包层透射到被传感物质,因而被传感物质的折射率的变化可以改变光纤的有效折射率,从而使光栅的Bragg波长产生位移.实验中利用不同浓度的NaCl溶液来改变光纤光栅的外部折射率,Bragg中心波长的偏移量和浓度近似为线性关系.同时,透射功率的变化量和浓度也近似为线性关系.     

基于光纤激光器时域特性的液体浓度传感器

报道了一种基于掺铒光纤激光器时域特性的新型液体浓度传感系统.用光纤环反射镜和光纤Bragg光栅（FBG）构成F-P线形腔.谐振腔内插入长周期光纤光栅（LPG）,FBG的反射波长落在LPG的透射峰左侧.把LPG浸泡在待测液体中,利用LPG对环境折射率的敏感特性,即环境液体浓度的改变引起折射率改变,这将引起LPG透射谱平移,从而使腔内损耗发生变化,影响了激光器的瞬态时域特性.通过测量激光激射的延迟时间可以获得被测液体的浓度.在最佳工作条件下,系统的浓度分辨率为0.015％.     

一种增益可调掺铒光纤放大器的研究

在所设计的增益可调掺铒光纤放大器中,采用可编程控制器PC机控制可变直流电压源引发压电陶瓷的电致伸缩效应,导致光纤布拉格光栅的Bragg波长发生漂移,实现被调制参数的变化.分析了双光纤光栅受到压电陶瓷电致伸缩效应时的反射谱变化规律和增益可调掺铒光纤放大器的放大特性.由该放大器的增益与输入信号功率的关系得出小的波长间隔,增益较小,但控制范围较大;大的波长间隔,增益较大,但控制范围较小的结论.在输入宽带光源时,得到两光纤布拉格光栅在不同中心波长之差时的掺铒光纤放大器的增益特性.     

飞秒激光刻写高阶倾斜光纤Bragg光栅

报道了一种利用飞秒激光微纳加工技术在非敏化单模光纤中制备的高阶倾斜光纤Bragg光栅(HOTFBG)。倾斜折射率调制是将聚焦的飞秒激光穿过高阶相位掩模板,并扫描曝光倾斜放置的光纤实现的,其覆盖了全部纤芯和部分包层。该单一HO-TFBG在1200~1700nm波长范围内可形成三组与高阶Bragg谐振相对应的"包层模式谐振系列"。因此,其携带的信息量远高于紫外倾斜光纤Bragg光栅(UV-TFBG),其功能性更佳,尤其适用于多传感参数的监控。研究了HO-TFBG的折射率、轴向应变和温度等传感特性。此外,该器件兼具飞秒激光诱导光栅结构的高温稳定性,其在苛刻环境中的化学和物理传感具有潜力。     

基于旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计的研究

结合光纤光栅传感检测技术与旋涡分离原理,研制了一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计,在三角柱旋涡发生体中部设置导压腔,腔内设置粘贴Bragg光栅的等强度悬臂梁,流体经过发生体两侧时,交替分离旋涡,导压腔内部产生脉动流体,等强度悬臂梁产生振动且振动频率与旋涡分离频率成正比,通过检测悬臂梁振动频率测量流体流量。实验表明,该流量计的线性度为4.38%FS,仪表系数为K=3.659,光纤光栅波长移位频率对流量的响应度为1.182Hz/(m3/h)。     

基于旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计的研究

结合光纤光栅传感检测技术与旋涡分离原理,研制了一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计,在三角柱旋涡发生体中部设置导压腔,腔内设置粘贴Bragg光栅的等强度悬臂梁,流体经过发生体两侧时,交替分离旋涡,导压腔内部产生脉动流体,等强度悬臂梁产生振动且振动频率与旋涡分离频率成正比,通过检测悬臂梁振动频率测量流体流量。实验表明,该流量计的线性度为4.38%FS,仪表系数为K=3.659,光纤光栅波长移位频率对流量的响应度为1.182Hz/(m3/h)。     

SESAM锁模全保偏光纤激光器重复频率的精确锁定

实验采用共振增强式非线性折射率调制技术实现了半导体可饱和吸收镜锁模全保偏掺镱光纤激光器重复频率的精确锁定。在掺镱光纤激光器的腔内加入一个980/1064nm的波分复用器(WDM)和一段掺铒增益光纤,通过反馈控制加载在该掺铒光纤上的976nm抽运光LD2功率调控掺铒光纤的非线性折射率,进而对激光器的光学腔长实施控制,最终实现重复频率的精确锁定。优化了不同掺铒光纤长度及抽运光初始功率对激光器重复频率控制范围和锁定精度的影响。结果表明:当掺铒光纤长度为1.75m时,通过调整抽运光功率能够实现180Hz的重复频率调整范围;而重复频率的锁定精度仅与抽运光的初始功率密切相关,并不受掺铒光纤长度的明显影响。当LD2抽运光强度为18mW时,重复频率峰-峰值的波动范围小于0.5mHz,相应的标准偏差为0.16mHz,输出功率的标准偏差为0.009mW。此外,通过反馈控制抽运源LD1的强度,并取掉了腔内的掺铒增益光纤及与其相连的WDM,发现由于共振增强非线性和克尔非线性对光纤折射率的叠加,在稳定的单脉冲锁模区间内,重复频率单调变化的范围增加至1kHz,而锁定精度略有降低。     

线性啁啾长周期光纤光栅用作EDFA增益平坦滤波器的理论研究

提出用具有特定折射率调制包络的线性啁啾长周期光纤光栅作为掺铒光纤放大器(EDFA)的增益平坦滤波器.采用龙格库塔迭代法数值求解该类型光栅耦合模方程,就特定的掺铒光纤放大器增益谱,用Nelder-Mead优化算法对光栅结构参量(光栅长度、周期、线性啁啾系数、折射率调制包络的形状等)进行优化,设计出能在C波段35 nm带宽范围内对掺铒光纤放大器进行平坦化(增益起伏在±0.5 dB之内)的平坦滤波器.     

D形光纤Bragg光栅弯曲灵敏度的理论和实验研究

用材料力学理论分析了D形光纤Bragg光栅（D-shaped fiber Bragg grating,D-FBG）以及常规光纤Bragg光栅由弯曲引起的轴向应变,得到了光栅Bragg波长漂移的弯曲敏感特性.实验结果和理论计算结果基本相符.与常规FBG相比,该D-FBG的弯曲灵敏度要高近80倍.因此D-FBG可以直接应用于弯曲形变的测量,以及间接应用于压力、加速度等物理量的测量.理论分析和实验结果对采用该类型光纤光栅的器件和传感系统的设计具有参考意义.     

光纤中慢光群折射率限定特性研究

粒子在基态和亚稳态之间的振荡会导致探测光吸收的降低,而探测光束在很窄的频率范围内吸收的降低,会使介质的感生折射率在同样范围内迅速变化,从而改变群折射率ng=n(ω)+ωdn/dω。本文利用光纤慢光理论,对不同条件下的群折射率限定和群速度的变化特性展开讨论。群折射率随光纤长度的增加而降低,不同离子浓度的掺铒光纤中慢光的感生群折射率均随调制频率的增加而降低,同时在不同的调制频率条件下,群折射率随入射信号光强度的增大均有一个饱和的过程。     

基于激光瞬态特性的气体浓度光纤传感器

报道了一种基于掺铒光纤激光器瞬态特性的新型气体浓度传感器.用光纤环全反镜和光纤Bragg光栅(FBG)构成F-P线形腔，通过调节光栅的反射波长，使激光激射波长落在C₂H₂的一个较强的吸收峰1531.56 nm.激光激射延迟时间与激光器谐振腔损耗密切相关，气体浓度的改变将引起谐振腔损耗的改变，通过测量激光激射延迟时间可以获得气体的浓度.该装置分辨率及灵敏度由抽运光脉冲的高功率电平和低功率电平决定，传感器的动态测量范围由抽运光高功率电平决定.当高功率和低功率电平分别为25 mW和5.9 mW时,该传感器的灵敏度和分辨率分别为100 ppm/μs和20 ppm.     

全光纤激光相干合成光谱响应特性研究

基于N-腔镜谐振腔理论对全光纤激光相干合成进行了理论分析，数值模拟了迈克尔逊型相干合成激光器的光谱特性，对两个光纤Bragg光栅的中心波长差和两路光的光程差对合成光谱特性的影响给出了理论解释.用啁啾光纤光栅取代其中一个光纤Bragg光栅，使激光相干合成的带宽由0.3 nm拓展到1.0 nm.     

非线性二次曝光法制作三角形光纤Bragg光栅

提出了一种利用非线性二次曝光技术制作三角形光纤Bragg光栅的新方法.该方法只使用普通Bragg位相模板,采用两次曝光技术,通过控制光纤光栅的本地谐振波长和反射率,达到控制光纤光栅谱形的目的.第一次直接对光纤曝光,用来控制光纤光栅谐振波长;第二次通过位相模板曝光,用来控制光纤光栅的反射率.考虑到光敏光纤感光特性曲线的多项e负指数变化规律,按照"分步写入光纤光栅设计软件"进行曝光分布设计,利用"分步曝光光纤光栅写入系统"进行曝光控制,使用信息产业部第46研究所生产的DCS-01型光敏光纤,得到了线性范围1.24 nm、反射率为0～64%的三角形光纤Bragg光栅.三角形光纤Bragg光栅作为光纤光栅传感解调器件,在光纤传感领域具有重要应用价值.