微纳色散补偿光纤光栅的折射率传感特性研究

采用相位掩模法,在未经载氢处理的色散补偿光纤上刻写出多个满足相位匹配条件的光纤布喇格光栅。经过化学腐蚀法处理,分别制作了直径为20μm、17.5μm的微纳光纤光栅,实验研究了其布喇格波长与折射率的变化关系。结果表明,在实验溶液折射率测量范围内,传感器高阶模谐振波长与溶液折射率之间均呈现良好的拟合关系,折射率线性拟合灵敏度最高为28.6nm/RIU。此外,实验发现满足光纤光栅相位匹配条件的模式阶次越高,传感器对周围溶液变化感应能力越强。     

带状光纤多波长阵列光栅刻写工艺研究

为了实现一次性在八芯带纤上不同波长阵列光纤光栅刻写,采用专门设计的带纤夹具夹持光纤,使用电控位移平台对带状光纤整体施加拉力,利用相位掩膜工艺对光纤逐根曝光,采用扫描写入的方法进行汉明切趾,仅用单一相位模板就实现了八芯带纤上不同波长阵列布喇格光纤光栅刻写。刻栅过程由电脑编程控制,中心波长、波长间隔以及切趾方式可以灵活调整。结果表明,获得的光栅其3dB带宽为0.2nm、波长间隔为0.5nm、波长偏差小于50pm、反射率达到80%~85%。此种带状光纤多波长阵列光栅刻写工艺是完全可行的。     

基于单一相位模板的带状光纤上多波长阵列光纤光栅刻写工艺研究

设计了一种带状光纤上阵列光纤光栅刻写系统,仅利用一块相位掩模板,即实现8芯带纤上阵列光纤布拉格光栅的刻写.使用自行设计的带纤夹具夹持带纤,电控位移平台对带纤整体施加拉伸力,采用相位掩模工艺对光纤逐根曝光,并同时以扫描写入的方法进行汉明切趾.刻栅过程由电脑编程控制,中心波长、波长间隔以及切趾方式可以灵活调整.测试结果表明,刻写完成的阵列光纤布拉格光栅3 dB带宽为0.2 nm、波长间隔为0.5 nm、波长偏差小于±50 pm、反射率达到80％～85％.     

全光纤转动拉曼激光雷达的光纤光栅分光技术研究?

设计了一款由可见光波段的光纤布喇格光栅和光纤耦合器构建的全光纤转动拉曼激光雷达分光系统。利用相位掩模板侧向成功刻写530 nm波段光纤布喇格光栅,并初步测试其透射谱和反射谱性能。为提高光纤光栅中心波长与大气氮气分子转动拉曼谱线的匹配特性,利用悬臂梁设计高调谐灵敏度的调谐系统。实验结果表明,成功研制的可见光波段光纤布喇格光栅其反射率约为95%,带宽约为0.3 nm,应力调谐系统可实现± 0.6 nm范围18 pm/r 的波长调谐。     

基于飞秒激光直写FBG的C+L波段掺铒光纤激光器

提出并设计了一种基于飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅阵列的C+L波段掺铒光纤激光器,实现了波长可切换的单波长及双波长激光输出。采用飞秒激光透过聚酰亚胺光纤保护层在纤芯直写的方法,分别实现周期为538、542、547 nm的光纤布拉格光栅刻写,单个光栅栅区长度3 000 m。作为选频器件的光栅阵列反射波长分别为1 555.5、1 569.6、1 583.8 nm;选用长度为3 m的C波段和10 m的L波段掺铒光纤组合作为激光器增益介质,结合泵浦源、光纤布拉格光栅偏振控制器及宽带全反镜构成线形腔结构光纤激光器。实验结果表明:激光器工作阈值为35 mW,通过调节偏振控制器能够实现1 555.4、1 569、1 583.2 nm单波长激光可切换输出,激光3 dB线宽0.05 nm,边模抑制比大于35 dB;实验中分别对单波长激光的光谱稳定性进行了测试,10 min内最大功率波动小于0.98 dB;通过调节偏振控制器可分别实现1 569、1 583.2 nm以及1 555.4、1 569 nm双波长激光同时输出,在10 min监测时间内,输出激光功率变化分别小于1.14 dB和4.48 dB。     

基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅应变和温度传感研究

为解决当前光纤光栅制备灵活性较低,以及测量 中不利于实现分布式波分复用的问题,提出了一 种于基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅传感器(eccentric fiber Bragg grating,EFBG)。采用飞秒激光(femtosecond laser,FSL)逐 点刻写技术,光栅刻写位置垂直偏离光纤中心3 μm,光栅长度为5 mm,光栅中心波长为1 633 nm。不 同于传统光纤光栅,偏芯结构的光栅可以激发出较宽的包层模共振范围,通过分析包层模共 振峰的波长 漂移量,表征施加的应变大小或温度高低。实验结果表明,应变测量范围在0—5 00 με时,包层模灵敏度为 0.98 pm/με,温度测量范围在30—80 ℃时, 包层模灵敏度为10.89 pm/℃,并且包层模灵敏度相比芯模灵敏 度数值相差较小,从而可以实现应变或温度的传感测量。     

飞秒激光刻写FBG实现3.2kW单模光纤振荡器

采用飞秒激光相位模板动态刻写技术,在非载氢大模场双包层光纤（纤芯直径/内包层直径为20μm/400μm）上制备了中心波长约为1080 nm的光纤布拉格光栅对。高反射光纤布拉格光栅的反射率大于99%,低反射光纤布拉格光栅的反射率约为10%。利用这对光纤布拉格光栅搭建了高功率全光纤激光振荡器,实现了3.2 kW近单模激光输出,光束质量（M²）约为1.28,斜率效率约为77.9%。这是国内飞秒激光刻写的光纤布拉格光栅首次实现千瓦级以上的激光输出,研究结果对高功率光纤布拉格光栅的制备和高功率光纤振荡器的发展都有重要的意义。     

长周期光纤光栅温度传感性能分析

长周期光纤光栅的谐振波长与温度的变化基本呈线性关系,线性拟合的标准差可以表示长周期光纤光栅损耗峰对应波长的波动性。提出了一种初步衡量长周期光纤光栅的温度传感性能优劣的方法,即用长周期光纤光栅温度灵敏度与拟合标准差的比值P的大小来判断长周期光纤光栅的温度传感性能优劣。大量的实验数据证明,长周期光纤光栅温度传感特性的优劣与参数P的大小是一致的,即P值越大则长周期光纤光栅的温度传感特性越好,P值越小则长周期光纤光栅的温度传感特性越差。     

飞秒激光刻写FBG在电极放电下的光谱特性

采用电极脉冲电弧放电对紫外激光和飞秒激光刻写的光纤布拉格光栅(FBG)进行高温激励的研究,实验发现,紫外激光刻写的FBG,光栅透射谱大幅下降,光谱蓝移0.38 nm,飞秒激光刻写的FBG透射谱基本保持不变,光谱红移0.022 nm。特别是当电极在栅区中心位置放电时,光栅透射率上升达到最大,比无电极放电时大8 dB,表现出开关量特性。该特性在光纤开关量器件、光纤调Q激光器、新型光纤光栅解调与局部放电检测等领域具有潜在的应用前景。     

基于飞秒激光制备的光子晶体光纤Fabry-Perot温度传感器

提出并设计了一种基于飞秒激光在光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)中制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)传感器的方法。采用飞秒脉冲激光作为加工光源,结合放大倍率100×的物镜以及三维加工平台在PCF侧面采用逐线刻写方式进行加工。通过对飞秒激光光斑在光纤上的聚焦位置以及刻写功率进行优化,在PCF上刻写了深度均为80 μm、间隔为800 μm的两条划线,实现了周期为0.98 nm的全光纤F-P结构制备；实验中,对传感器在40~120 ℃温度范围内的光谱特性进行了测试与分析,每隔10 ℃进行一次数据采集,随着温度逐渐增加波长向长波方向漂移,通过对该采样点数据进行线性拟合,得到该测试点的波长温度灵敏度为9.73 pm/℃,拟合线性度为0.997。     

利用动态相位掩膜板法制作光纤光栅

在相位掩膜板法光纤Bragg光栅(FBG)制作系统中,通过高精度陶瓷压电(PZT)促动器对相位掩膜板进行运动控制,实现对光栅折射率交流调制量和相位的任意调制,从而实现相移、切趾和啁啾等FBG的制作,从而提高FBG制作工艺的灵活性。     

基于结构化FBG传感阵列的温度及折射率测量研究

基于模式耦合理论,使用结构化光纤Bragg光栅(FBG)对蔗糖溶液温度和介质折射率进行测量,解决了外部介质折射率参数对温度测量的交叉影响。同时采用FBG传感矩阵进行分布式测量,可实现对非均匀溶液的温度和折射率测量。采用结构化FBG传感阵列的方式,实现了具有温度补偿功能的介质折射率分布式测量方案。温度测量灵敏度达到8.5pm/℃,介质折射率测量灵敏度达到5.42nm/riu。因此,采用结构化FBG传感矩阵对于解决化学生物传感器的多参数交叉影响和实现分布式测量具有一定意义。     

基于FBG阵列的生物膜式反应器内温度场测量

生物有机废气废水处理过程中,温度是反应微生物生存环境的一个重要参数,温度的大小直接影响到微生物的活性,进而直接影响到微生物反应器的净化性能。为能对生物膜式反应器内的温度场进行在线准确的测量,提高微生物反应器的净化性能。文章采用FBG阵列对高0.5m、内径0.24m的圆柱形反应器内填料床段进行温度测量,其中轴向5层,每层7个传感器单元,共35个传感单元。实验研究表明：在生物膜式反应器挂膜阶段,反应器内已经出现了温度分布,且最大温差可达1.79℃。因此,采用FBG阵列对生物模式反应器内温度场测量,将为观察反应器内生物膜的生长环境条件、反应机理提供新手段,从而提高微生物反应器的净化性能。     

基于多重曝光法的多波长FBG制备和实验研究

利用扫描曝光法,通过控制曝光前施加在光纤上的拉力,经过多次不同拉力状态下的光刻技术,实现了多波长光纤Bragg光栅(FBG)的制作。实验发现,多重曝光的子FBG位置和叠加程度对子FBG的谱形有很大的影响,只有当各层子FBG长度、位置完全重叠时,各波长光谱才不会受到短波振荡的影响;对载H增敏光纤,第n+1层子FBG的刻写,总会使前面n层子FBG的波长变大,反射率变强;而对掺Ge光敏光纤,多重曝光只将先制作的子FBG波长变大,而所有子FBG反射率都会变弱。通过合理设计曝光量,在载H单模光纤上制作了阻带谱形一致的四波长FBG。经实验测试,子FBG波长具有相同的温度系数和应变系数。     

Fiber Bragg Grating Pressure Sensor Based on Corrugated Diaphragm

A kind of fiber Bragg grating pressure sensor based on corrugated diaphragm is proposed. The relationship between the central wavelength of reflective wave of FBG and pressure is given, and the expression of the pressure sensitivity coefficient is also given. Within the range from 0 MPa to 0.3 MPa, the experimental pressure sensitivity is 7. 83 nm/MPa, which is 2 610 times than that of the bare fiber grating. The experimental results agree with the theoretical analysis. It is indicated that the expected pressure sensitivity of the sensor can be obtained by optimizing the size and mechanical parameters of the corrugated diaphragm.     

功率加权法用于光纤Bragg光栅特征波长检测

提出了一种用于光纤Bragg光栅(FBG)传感系统中反射波位移检测的算法.采用FBG反射波波长对光功率的加权平均作为特征值进行数据处理,用于FBG传感温度补偿系统中应变参量与温度参量的分离.研究结果表明:在光源扫描步长为50 pm时,使用该算法的FBG传感温度补偿系统的检测灵敏度达到传统中心波长法检测灵敏度的10倍左右.     

压电微位移致动器的研制及其应用

文章是以光纤光栅传感系统中匹配FBG光纤解调为背景展开研究的,对压电陶瓷的材料特性、压电陶瓷驱动电源的软硬件设计和压电微位移致动在匹配FBG光纤解调中的应用等问题进行了探讨,开发了实用的压电微位移致动器。针对压电陶瓷的容性负载特性,提出了驱动电源的设计方案,完成了驱动电源软硬件设计,构建了直流稳压电路、PA78组成的混合放大电路。实验表明,所研制的压电微位移致动器具有良好性能,可应用于光纤光栅传感系统的匹配FBG光纤解调中。     

FBG反射谱中心波长检测算法仿真与实验分析

为了进一步提高光纤布拉格光栅(FBG)中心波长的检测精度,结合其反射谱波长检测方法,给出了一种反射谱数据处理流程并对流程中的数据拟合方法进行了重点分析.通过仿真和实验,对高斯曲线拟合、一般多项式拟合、三次样条拟合和径向基函数(RBF)神经网络拟合的检测精度进行了比较,并利用高斯拟合分析了不同数据采样间隔和不同的数据截取...     

FBG传感器封装工艺对交叉敏感问题的影响

研究了光纤光栅（FBG）应变传感器的封装与安装工艺对温度交叉敏感特性的影响。基于弹性力学理论对表面粘贴式和表面螺栓安装式两种典型的FBG应变传感器封装形式的交叉敏感机理进行了理论分析，并对国内几家主要的FBG传感器生产商的产品进行了测试。测试结果表明，表面粘贴式FBG应变传感器的温度交叉敏感性要大于表面安装式FBG应变传感器，与理论分析的结果相符。     

光纤Bragg光栅光谱特性测量的研究

反射光谱是光纤Bragg光栅的重要特性之一,测量方法的不同会直接影响到其测量结果的精确性,文章对此进行了研究。实验证明,APC光耦合器结合尾纤小圆圈的测试法是一种较精确的Bragg光栅光谱测试方法。