基于光纤光栅斯托克斯参量的压力传感测量研究

利用光纤光栅的偏振特性感知外界参量变化是光纤光栅传感的新研究热点。提出利用光纤光栅第一斯托克斯参量s1感知外界压力的新方法。推导了光纤光栅压力所致线双折射和s1参量的关系,建立了压力、线双折射和s1参量三者之间的关系模型,分析了线偏振光入射角度对s1参量的影响。仿真表明,偏振光入射角度影响s1曲线的基准值,同时也影响左右波长测量点的对称性和线性度。利用光纤光栅和高速在线检偏器搭建了实时压力测量系统,测量了不同偏振光入射角度下s1参量受压力所致线双折射的影响曲线,验证了理论仿真结果。     

低双折射均匀光纤布拉格光栅斯托克斯参量的研究

根据耦合模理论和琼斯矩阵与斯托克斯矢量的关系给出单模均匀光纤布拉格光栅(FBG)反射和透射斯托克斯参量公式,数值模拟出低双折射单模光纤均匀FBG在不同双折射值下反射和透射斯托克斯参量随波长变化的曲线。结果显示4个归一化斯托克斯参量中,s1关于中心波长λ0呈反对称分布,S0,s2和s3关于λ0呈对称分布;双折射值增大谱线不产生漂移,但谱线反射带宽变窄,反射信号与透射信号斯托克斯参量振幅均有不同程度的变化,表明双折射值对斯托克斯参量的影响非常显著。测出单模光纤均匀FBG反射和透射斯托克斯参量随波长变化曲线,理论分析与实验结果基本符合。     

偏振光斯托克斯参量的测量和应用

斯托克斯参量可全面描述光束的偏振态,分析了偏振光的斯托克斯参量的意义及其测量方法.通过测量纳米级薄膜样品的入射和反射偏振光的斯托克斯参量,求得椭偏参量Ψ和△,然后求得薄膜样品的厚度和折射率.实验表明,该方法适用于任何偏振态的入射和反射偏振光,测量系统构建较容易,测量结果与目前常用的椭偏消光法接近.     

基于斯托克斯参量的光纤光栅微压力传感方法研究

为了实现微压力的测量,提出了一种基于光纤光 栅Stokes参量的微压力传感新方法, 给出了理论分析和实验结果。在外界压力作用下,由于压力致双折射效应,光纤光栅两个线 偏振光的能量输出发生变化,仿真结果表明,第一归一化Stokes参量s₁峰值 与压力在一定 的测量范围内存在线性关系;另外为了减少波长抖动的影响并提高测量精度,文中提出了双 波长检测法。在外界压力为0~5N环境下,其压力灵敏度为0.075/N,实验结果与理论分析 结果吻合。     

偏振光斯托克斯参量测量原理与测量方法设计

斯托克斯参量是描述偏振光特性的重要参最,它能给出偏振光的偏振度(DOP)的数值,因此偏振分析仪多采用测昔斯托克斯参量的方法米设计.从斯托克斯参量的定义出发,利用准单色光波的相干矩阵法,推导了斯托克斯参量的测量原理,并提供了多种实验测昔斯托克斯参量的设汁方法.对比分析了了种测量斯托克斯参量的方法,并用相干矩阵方法证明了用测量光功率表达的偏振度的正确表达式.     

基于虚拟仪器的斯托克斯参量测试系统

采用旋转波片法搭建了一套偏振态斯托克斯参量自动检测系统,每秒可以处理和显示15个偏振椭圆。该系统采用数据采集卡和LabVIEW软件来组成虚拟仪器,通过数据插值与重采样技术对旋转角度进行精确定位,消除了电机转速不稳定带来的系统误差。根据米勒矩阵得出透射光强随旋转角度的变化方程,并与实时采集的测量数据进行对比拟合,通过傅里叶变换得出曲线方程中的待定系数,给出对应的斯托克斯参量,并计算光波的电场分量及相位差,确定出射光的椭圆偏振消光比、长轴方向与椭圆旋向。还考查了本底噪声对测量结果的影响,比较了旋转波片与旋转检偏器两种测试方法的优缺点。     

基于线偏振片和液晶可调滤光片的斯托克斯参量测量系统

为了快速获得无抖动偏振图像,本文提出了一种实时测量斯托克斯参量的新方法,即在固定不动的液晶可调滤光片（LCTF）前加一块可旋转的偏振片,使入射光依次经过线偏振片和LCTF到达CCD,然后通过计算接收到的光强得出斯托克斯参量,确定光束的偏振态,得到偏振图像。通过计算发现,当LCTF透光轴与系统X轴的夹角为π／8,偏振片透光轴与系统X轴夹角分别为0、π／4、π／2和3π／4时,偏振参数的获得就比较简单。偏振片的旋转代替了LCTF的旋转,测量的偏振图像无抖动,偏振度和偏振角图像精确。该系统可以获得较高的帧频,在目标识别和反伪装领域具有重要的应用价值。     

多参量和多功能型光纤光栅传感技术

介绍了多参量和多功能型光纤光栅传感技术的原理、发展历史和现状,重点介绍了利用基于光纤光栅的一个传感头同时测量多个参量的技术.详细分析了利用一个光纤光栅传感头同时测量温度和应变的原理和技术,对多参量传感中的传感头结构进行了总结和分类,提出并分析了新的多功能型光纤光栅多参量传感系统.     

平面阵列波导光栅波导模式参量的分析

用周期波导的方法分析平面阵列波导光栅(AWG)的本征方程及波导模式参数，结果表明波导传播常数是带状分布的，与波导间隔有关。分析结果对器件的优化设计有一定的指导意义．     

基于啁啾FBG的三角形光脉冲发生器的优化设计

提出了利用啁啾光纤布拉格光栅(FBG)和马赫增德尔调制器产生三角形光脉冲的优化方案.方案采用FBG模拟单模光纤的色散特性,结合光载波抑制调制产生了三角形光脉冲, 并通过仿真分析,选择FBG的长度、调制深度、适当的折射率切趾函数对三角形光脉冲的线性特征进行了优化.仿真结果表明,在同一啁啾系数下,产生的三角形光脉冲的失真程度随啁啾光纤光栅的调制深度增大而增大,光栅长度、折射率切趾函数对三角形光脉冲的影响也比较明显.与现有系统相比,由于将FBG引入系统,省去长距离的光纤,优化方案系统结构更为简单,三角形光脉冲线性特征更好.     

一种新的基于光纤光栅测电磁场的解调系统

提出了一种新的使用光纤光栅测电磁场的方法,依据磁场与光纤光栅偏振相关损耗(PDL)成正比的原理,运用1/4波片转化左、右旋圆偏振光为线偏振光,根据所检测出的两偏振光光强推算出磁场强度,并论证了其可行性.     

A new method based on Fiber Bragg grating sensor for the milling force measurement

Milling force is an important parameter to describe the mechanical processing chip removal process, and it has a direct influence on generation of heat, tool wear or failure, quality of machined surface and accuracy of the work piece. Its accurate measurement is a significant basis for judging process state and improving the reliability of machining system. In this study, through analyzing the variation rule of ring diameter, a new method that using Fiber Bragg grating sensors and variation rule of ring diameter to measure the milling force has been proposed, and the basic structure of annulus has also been designed. A dynamometer has also been constructed, and the preliminary verification test was done. Through the analysis of experimental data, the dynamometer based on annulus elastic body can be used in milling force test, and it owns high sensitivity.     

线性啁啾光栅的分段变迹优化和基于自适应遗传算法的光栅重构

针对线性啁啾光栅存在的反射谱顶部有震荡、中心 谱两侧出现旁瓣、群时延线性度差和色散曲线不 够平稳等问题,在特性分析的基础上,提出分段变迹优化方法,探寻了有效的变迹函数和最 佳分段比例。 对光栅的时延和反射谱特性进行综合表征,从综合指标出发进行光栅重构,提出一种基于自 适应遗传算法(IGA)的重构方法,并在算子和算法方面进行深入探索。结果表明,分段变迹后群时延线 性区域增大, 色散曲线更平稳,同时有效降低了变迹造成的带宽压缩程度。此重构方法十分有效,重构后 的光栅长度、 调制深度和啁啾系数误差分别为0.04%、0.532 %和0.31%。重构的反射谱、时延曲线均与实际结果基本吻合。还可以 根据不同实际应用的要求进行重构,因此实用性更好。     

基于偏振相关损耗测量磁场的高精度方法

为提高测量精度,提出了一种利用光纤光栅测量磁场的方法.依据磁场与光纤光栅偏振相关损耗成正比的理论,运用正交共轭反射镜来消除线性双折射,以Muller矩阵为基本方法,设计磁场测量原理图.数值仿真表明,通过正交共轭反射镜可以大幅度减少测量过程中的线性双折射,从而提高磁场的测量精度.     

基于透射体布拉格光栅频谱组束的研究

分析了透射体布拉格光栅实现两束不同波长光束频谱组束的条件.基于耦合波理论,推导了透射体布拉格光栅的衍射效率方程,获得了优化的组束设计条件,提出了使用凸透镜控制光束入射角的方法.建立了组束的理论模型,分析了光栅参数对衍射效率的影响.结果表明:最佳组束时,不同的光栅厚度须选择不同的光栅参数;在折射率调制和空间频率不变的情况下,随着光栅厚度的减小,谱选择性逐渐增大;随着光束发散的增大,光栅的衍射效率逐渐减小.     

光纤光栅传感器阵列在空间温度场测量中的应用

提出了一种基于光纤光栅(FBG)的温度传感测量系统,其可应用于空间温度场的分析与研究。该系统主要由FBG阵列、光纤解调仪和上位机组成,可以在复杂的环境下进行实时多点测温,实现对环境中的温度场进行监控与温度记录。经实验验证,该测量系统准确的实现了对空间中各点温度的实时测量。该系统具有空间分辨率高,响应速度快,抗电磁辐射等特点,为空间温度场研究及特殊工况下的温度场监测提供了有力手段。     

非平衡干涉检测光纤光栅高频振动传感研究

采用非平衡Mach Zender干涉仪检测光纤光栅高频振动传感测量,通过工作点控制消除了随机相位变化和光源起伏的影响,实现了40kHz频率范围内振动信号的检测.     

一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器

光纤布拉格光栅已经成为非常有前景的温度、应力及其它参数测量的传感元件,但其存在温度和应力的交叉敏感问题.提出了一种双包层半径光纤布拉格光栅传感器,将一个布拉格光纤光栅分成两半,各自具有不同的包层半径,其中一半保持不变,另一半包层半径从62.5m减小到40m.实验结果表明,两半光纤布拉格光栅的温度灵敏度均为10.4 pm/℃,而应力灵敏度分别为1.12 pm/ue 和3.89 pm/ue.初始的单个布拉格反射峰分裂成两个,分别对温度和应力敏感,而两个反射峰之间的波长差只受应力的影响,随着应力的增加其波长差逐渐增加.因此,通过这一个光纤布拉格光栅即可分辨出温度和应力所引起的布拉格波长漂移.该光纤光栅传感器结构简单、体积小巧、成本低廉、制作方便,可以广泛应用在各个领域实现温度和应力的同时测量.