CO2激光脉冲边缘写入的长周期光栅折射率特性研究

报道了一种用高频CO2激光脉冲在普通通信光纤包层边缘单侧写入的新型长周期光纤光栅。研究发现,这种长周期光纤光栅的折射率变化主要发生在光纤包层区域,而纤芯的折射率变化较小;同时该光栅的附加损耗低于0.5 dB。进一步折射率特性实验研究表明,由于其特殊的折变结构,这种光栅具有较高的外界环境灵敏度,当外界折射率在1.41~1.45范围内变化时,其谐振波长漂移量高达15.52 nm,比实验测得的用传统方法写入的长周期光纤光栅谐振波长漂移量高出近3倍,这种光栅结构在光纤传感中将具有重要的应用。     

基于扭曲长周期光纤光栅的高灵敏度压力传感器

研究了高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅在扭曲状态下的横向负载特性.发现扭曲降低了光纤光栅谐振波长横向负载灵敏度的方向相关性,使得这种光栅在各圆周方向上谐振波长对横向负载都不敏感,而谐振峰幅度随横向负载的增加线性减小,且谐振峰幅度的负载灵敏度随扭曲率的增加而提高.在扭曲率为1.8°mm－1时负载灵敏度可达0.47 dB/(g·mm－1),是自由状态长周期光纤光栅横向负载灵敏度的7倍,最后给出了利用这种扭曲长周期光纤光栅通过强度解调实现压力传感的实验研究结果.     

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。     

具有温度补偿功能的光纤光栅传感解调系统

从理论和实验上研究了三角形光纤布拉格光栅的温度特性,结果表明：三角形光纤布拉格光栅谐振波长的温度变化率与普通光纤光栅的相同,并且其光谱形状不随温度的变化而改变。利用三角形光纤光栅光谱的这一温度特性,设计了一种具有温度补偿功能的应变传感解调系统。该系统利用斜线光纤光栅将光纤光栅应变传感的波长编码信息转换为强度,并且用信号强度与参考光强度的比值作为应变的度量值。研究表明,应变与应变度量值成线性关系,同时系统具有温度补偿功能。在三种不同的温度条件下,对悬臂梁的应变测试结果显示：在实验测量范围内,温度变化1℃导致的应变测量误差小于6微应变。由于采用信号强度和参考光强度的比值作为应变的度量值,避免了宽带光源的平坦度及波动对测量结果的影响。     

基于光子晶体光纤法布里-珀罗干涉仪的温度自补偿折射率计

采用手动熔接实芯光子晶体光纤和普通单模光纤制作本征法布里-珀罗(Fabry-P6rot,F-P)干涉传感器的方法,提出了一种可实现温度自补偿的高灵敏度折射率计.理论与实验表明,新型F-P干涉传感器的对比度不受环境温度影响只随着外界折射率的变化而变化,当外界折射率在1.32～1.44范围内变化时,其折射率灵敏度约为4.59/RIU,分辨率约为2×10-5.此外,该传感器的腔长具有较高的温度灵敏度,在20～100℃范围内,其温度灵敏度为18.72 nm/℃.因此,可以通过同时监测该传感器对比度和腔长的变化就可以实现折射率和温度的同时测量,在实际工业应用中具有广泛的应用前景.     

一种高灵敏度的新型光纤光栅倾角传感器

为实现结构的长期安全监测,设计了一种杠杆原理与摆锤结构相结合的光纤光栅倾角传感器,并在此基础上进行了理论分析、数值计算和传感器性能测试。对比分析了数值计算和实验结果,发现二者具有较好的一致性。为增大传感器的灵敏度,对传感器的尺寸参数进行了设计。考虑到光纤光栅与金属材料之间的锚固效率和传感器的制作工艺要求,综合给出了效果最佳的组合值。实验结果表明,所提光纤光栅倾角传感器的有效监测范围为-5°～5°,传感器的灵敏度为359.04 pm/(°),线性相关度可达0.999,测量重复性误差为3.433%。此外,所提光纤光栅倾角传感器降低了温度对角度测量的影响,适用于温度变化较大且精度要求较高的工作环境,有良好的应用前景。     

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     

CO_2激光写入的无需温度补偿的拍频型扭曲传感器研究

高频CO2激光在扭曲的单模光纤上制作的长周期光纤光栅(LPFG)还原后会产生谐振峰分裂现象。基于这种光栅结构,用拍频理论对谐振峰分裂现象和扭曲特性做了解释和分析,实验结果与理论分析相吻合。由于这种光栅的两分裂峰具有几乎一样的温度灵敏度,因此提出可通过测量这种光栅两分裂峰之间的距离来实现扭曲量的测量,并且当扭曲方向不一样时,两分裂峰的距离会变大或变小,因此该扭曲传感器在实现高灵敏度扭曲传感时还可辨别扭曲的方向。这种传感器在工业领域将具有良好的潜在应用价值。     

高频CO2激光脉冲写入的超长周期光纤光栅

研究了周期为3 mm的超长周期光纤光栅(ULPFG)各谐振峰的温度和应变特性,报道了用高频CO2激光脉冲写入的周期可达数毫米的包层折变非对称分布的ULPFG.该光栅各谐振峰由不同阶次闪耀模与纤芯基模同向耦合而成,理论和实验表明不同阶次谐振峰对外界参数如温度、应变等变化具有不同的灵敏度,因此这种ULPFG可望用于多参数同时测量中.     

基于超长周期光纤光栅的高灵敏度扭曲传感器

利用高频CO₂激光脉冲写入的周期达数毫米的超长周期光纤光栅(ULPFG)，实验研究了这种新型ULPFG的扭曲特性，发现它的某些高阶谐振波长漂移与扭曲率之间具有良好的线性关系和方向相关性，其灵敏度可达0.2244nm/(rad/m)，是高频CO₂激光脉冲写入法写入的普通LPFG扭曲灵敏度的4倍.初步的理论分析表明，新型ULPFG横截面折变的非对称性以及导模与高阶包层模之间发生的耦合使得扭曲具有方向相关性和很高的灵敏度.基于这种ULPFG独特的扭曲特性，设计了一种可 关键词： 光纤传感 光纤光栅 2激光')" href="#">CO₂激光 扭曲测量 双折射     

基于长周期光纤光栅的折射率与浓度传感方案的研究

采用简化的3层光纤模型，利用耦合模理论对长周期光纤光栅周围环境折射率、浓度敏感特性进行研究，并用计算机进行模拟及数值计算．得出长周期光纤光栅透射谱谐振波长与环境折射率及浓度的关系．实验证明测量结果与计算机模拟结果基本吻合。     

Theoretical and Experimental Study of Long-Period Grating Refractive Index Sensor

Abstract

This article presents the theoretical and experimental investigation of the response of long-period gratings as a refractive index sensor. Cladding modes are calculated, and results are compared with Optigrating 4.2.2 (Optiwave Systems Inc., Ottawa, Canada). The response has been checked for refractive indices ranging from 1 to 1.458. Theoretically simulated results are in accordance with the experimental results. It was found that the software package calculated values correctly up to the seventh decimal point. The ambient refractive index response of a long-period grating over a much wider index range has been modeled for values both less and more than the cladding refractive index.     

镀有SiO_2-WO_3薄膜LPFG折射率传感特性研究

采用四层阶跃折射率几何模型,研究了镀有SiO2-WO3薄膜LPFG在溶液折射率测量方面的特性,并与未镀膜情况进行了比较。当LPFG包层外镀膜后,测量纯水、CaCl2溶液(浓度为450gL-1,折射率为1.4056)时波长漂移量分别是未镀膜时的1.67和2.55倍;谐振峰的损耗变化分别是未镀膜时的4.44和2.82倍;在1.36-1.38折射率范围内,传感器的灵敏度和分辨率分别是216.58nm和0.82×10-5,是镀膜前的3.27和0.30倍,说明镀膜后LPFG对溶液折射率测量的灵敏度和分辨率得到了很大的提高。     

基于长周期光纤光栅折射率敏感特性的混凝土结构钢筋锈蚀监测

研究了长周期光纤光栅(LPFG)谐振透射光谱对外界环境折射率变化的敏感特性,在此基础上提出了将混凝土内部钢筋周围环境折射率与LPFG光谱特性相结合的理论,设计了一种基于折射率测量的LPFG钢筋锈蚀监测传感器.采用LPFG透射光谱枪测技术,获取钢筋锈蚀过程中混凝土内部不同折射率环境所对应的LPFG透射光谱曲线族,进而得到...     

157 nm准分子激光制作的光纤珐-珀干涉折射率传感器

利用157nm激光微加工技术在单模光纤的端面加工一个微槽,用一段光纤将其密封形成一个空气珐-珀腔,这段密封用光纤与两侧的空气界面形成第二个珐-珀腔,传感器干涉条纹由两个珐-珀腔共同作用而成。计算表明,当两珐-珀腔长度接近时,传感器反射光谱的波谷位置会随着外界折射率变化而发生漂移。这种双干涉腔结构提供了一种新的折射率测量方案。实验表明当外界折射率在1．3333～1．4712内变化时,响应为非线性,平均灵敏度为28．21nm／RIU,系统折射率分辨率为3．54×10^-5,与理论计算吻合。     

基于多模光纤偏芯熔接实现温度和折射率同时测量的光纤传感器

利用偏芯熔接的方法,研制出一种可实现温度和折射率同时测量的光纤传感器。该传感器将一段多模光纤MMF2的左端与一芯径与长度均相同的多模光纤MMF1偏芯熔接,右端与一大芯径多模光纤MMF3对芯熔接构成传感头,利用多模光纤纤芯模和包层模对温度、折射率的敏感性差异,结合敏感矩阵实现了双参量同时测量。实验选取了位于1536.98nm和1545.24nm处的干涉谷进行了温度和折射率的测量,测得1536.98nm处的干涉谷对温度的灵敏度为0.105nm/℃,对折射率不敏感;1545.24nm处的干涉谷对温度的灵敏度为0.052nm/℃,对折射率的敏感性为32.2nm/RIU(RIU表示单位折射率)。该传感器也可应用于其他参量的测量,具有良好的应用前景。     

迭代法重建平板光波导折射率分布

提出了一种用于重建渐变折射率平板光波导折射率分布的方法,这种方法通过数值法求解亥姆霍兹方程．从光波导的低阶模开始采用迭代法顺次对各个模式对应的“转折点”位置进行校正．并多次重复迭代以消除“转折点”外折射率分布的变化对相应模式“转折点”位置的影响。借助WKB近似原理说明了这种方法迭代过程中“转折点”坐标的收敛性。对折射率按照指数规律变化的平板光波导的折射率分布重建结果证明这种方法具有较高的精度。分析表明：这种方法克服了WKB法固有的缺陷,即忽略模式“转折点”外折射率分布对相应模式传输常鞋的影响和“转折点”处相移的不确定性,因而比逆WKB法具有更好的自洽性和精确性。     

Simultaneous Measurement of Temperature and Refractive Index of Liquid Using Cladding-Etched Double-Core Fiber Bragg Grating

Abstract

This study proposed and demonstrated a fiber Bragg grating sensor for simultaneous detection of the temperature and refractive index of a liquid. The fiber Bragg grating is composed of three index layers: an inner core, an outer core, and a cladding. The cladding was etched for evanescent wave coupling between the outer core mode and an external liquid. The Bragg wavelength of the inner core mode is used for obtaining temperature data, while the refractive index for the liquid was determined by using the difference between the Bragg wavelength of the inner core mode and that of outer core mode.