基于保偏光纤和LPFG的Sagnac环温度及环境折射率双参量光纤传感器研究

报导了一种基于级联保偏光纤(PMF)和长周期 光纤光栅(LPFG)的Sagnac环温度和环境折射率双参 量传感器。在Sagnac干涉环内级联PMF和LPFG,LPFG的双折射效应使得Sagnac干涉的相位差 受环境折射率调 制。所提出的双参量传感器的透射光谱中,由LPFG形成的透射峰和Sagnac干涉形成的干涉峰 对温度和环境折射 率各自具有不同的灵敏度,通过对两者特征峰波长漂移量的测量就可实现对温度和环境折射 率的同时传感。实验上 搭建了温度和环境折射率双参量测试装置,采用波长解调方法,受光源功率波动的影响小, 温度灵敏度为1.2nm/℃; 环境折射率灵敏度为15nm/RIU。该双参量传感方案解决了温度和环 境折射率的交叉敏感问题,结构简单,采用金 属板凹槽结构进行封装有效地保护了LPFG,在生物传感和化学传感等领域具有广阔的应用前 景。     

小区域腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪传感特性研究

基于尾纤端面镀金属反膜的单根长周期光纤光栅,提出了一种包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪结构,提高了长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度。应用干涉原理,得出了长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪干涉波峰随外界环境折射率的变化关系。并从实验上对腐蚀前的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪和带腐蚀结构的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪的折射率传感灵敏度进行对比。结果表明,包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪反射谱中的干涉峰值对折射率传感的灵敏度得到了显著的提高,对于折射率为1.333和1.352的液体,干涉峰值的移动量从0.9 nm增加到3.4 nm。     

基于波分复用的长周期光纤光栅光化学多参量传感技术研究

提出一种基于波分复用(WDM)的长周期光纤光栅(LPFG)光化学多参量传感技术。利用均匀LPFG相邻级次包层模耦合谐振峰间的波长间隔,通过设计不同传感单元LPFG的光栅周期,进一步通过包层腐蚀或镀膜调整各LPFG特征峰位置,使各LPFG的特征峰在观察波长范围内相互错位。前一个LPFG激发的包层模不能传输到下一个LPFG,不同参量变化引起的各LPFG特征峰移动相互独立,通过考察系统输出复合谱中各特征峰的偏移可得各参量值。实验中利用镀聚炳烯胺盐酸盐/聚丙烯酸(PAH/PAA)薄膜LPFG、薄包层LPFG和镀TiO2/SnO2复合薄膜LPFG组成多参量传感系统,实现了对pH值、NaCl溶液浓度和相对湿度(RH)三个参量的传感。基于WDM的LPFG光化学多参量传感原理与结构简单,各LPFG的结构设计可独立进行,适用于对多个光化学环境参量的分布式测量。     

LPFG包层模对环境折射率的灵敏度分析

从理论和实验两个方面分析了长周期光纤光栅（LPFG）前3阶包层模的透射谱特性与光栅外包层厚度间的关系。LPFG的谐振波长漂移范围随着其外包层厚度的减小而扩大,同时,高阶耦合模LP04模的谐振波长漂移强于低阶模。研究表明,通过设计光纤光栅结构能改善其各阶包层模谐振峰对环境折射率的灵敏度。     

薄包层长周期光纤光栅的研究

报道了在薄包层光纤上用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG),并分析了该类薄包层LPFG横截面折射率的分布.结合LPFG的腐蚀实验,通过传输谱图的比较发现:较先写入光栅后腐蚀光纤包层的方法,先腐蚀光纤包层后写入光栅的方法更能有效地调整谐振波长.进一步研究发现薄包层LPFG对环境折射率的敏感度更高.     

光纤光栅Sagnac环特性及包络带通滤波器的研究

对光纤光栅Sagnac环的传输光谱进行了理论分析和实验验证 ,在此基础上提出并实现了基于非对称光纤光栅Sagnac环的包络带通结构 ,该结构可以将光栅的带阻特性转换成带通特性 ,可在光纤光栅传感领域得到应用。     

包层腐蚀机械写制长周期光纤光栅的耦合特性研究

利用周期为600μm的刻槽板,采用单面受压的方式包层对经过HF溶液腐蚀后的单模光纤施加压力,形成机械写制长周期光纤光栅(LPFG).通过测最具有不同包层直径的机械写制LPFG在各种压力下的透射光谱,研究包层直径对纤芯基模与包层模LP12、LP13间耦合特性的影响.实验结果表明,随着包层直径的减小,谐振波长发生红移,耦合...     

半腐蚀长周期光纤光栅光谱特性研究

基于长周期光纤光栅(LPFG)包层有效折射率与包层半径的良好相关性,提出一种半腐蚀长周期光纤光栅的新颖设计。将一根长周期光纤光栅分成等长的两部分,用HF酸腐蚀其中的一半区域,此时整根LPFG可看成具有不同谐振波长的两个半长度LPFG的级联。利用传输矩阵方法和三层介质光纤模型的色散方程分析了该种LPFG的光谱特性:随着腐蚀段包层半径的减小,两个分裂峰谐振波长之间距离增大,且模式越高间距越大。同时实现了应变和温度的同步测量,得到应变和温度的传感精度分别为±8.9με和1.4℃。因此半腐蚀LPFG传感器可为解决LPFG交叉敏感问题提供有效方法。     

CO2激光刻写长周期光纤光栅与光纤MZ结构的双参数传感特性

为了实现温度与应变的双参数高精度传感测量,提出了一种CO2激光刻写长周期光纤光栅（Long Period Fiber Grating,LPFG）与光纤马赫-增德尔（MZ）干涉型结构的光纤传感器,利用CO2激光刻写制作LPFG并利用错位熔接法制备光纤MZ结构,将二者级联并实时监测温度及应变变化时的透射谱变化,研究了其传感原理并验证了其温度及应变传感特性。实验结果表明:该双参数光纤传感器的LPFG仅对温度敏感,MZ干涉结构对温度和应变都敏感;在温度范围35~70℃时,LPFG特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度39.17 pm/℃;MZ干涉结构特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度为37.50 pm/℃;当应变范围0~450 时,MZ干涉结构加载灵敏度4.01 pm/,卸载灵敏度为4.24 pm/。为温度和应变的实时测量提供了一种灵敏度高、线性度好的光纤传感器。     

倾斜长周期光纤光栅薄膜传感器特性研究

为设计高灵敏光纤光栅薄膜传感器,基于耦合模理论研究了表面镀制高折射率敏感薄膜的倾斜长周期光纤光栅（TLPFG）耦合特性和薄膜折射率传感特性。TLPFG能激发高阶（角向序数l1）包层模耦合,高阶包层模耦合系数随倾角增大而增大,80时,高阶包层模耦合系数远小于1阶包层模耦合系数。研究表明,光栅倾角变化不影响包层模耦合谐振波长,但影响光谱透过率。进一步研究了TLPFG在80时1阶5次包层模耦合的光谱透过率对薄膜折射率变化的响应,分析了光栅结构参数（L、、）和薄膜参数（h3,n3）对薄膜折射率响应灵敏度的影响,结果表明,响应灵敏度相比于非倾斜LPFG可提高一个数量级,对薄膜折射率的分辨率可达10-9。     

截面折变非对称型长周期光栅高温应变特性

研究了基于高频CO_2激光脉冲单侧写入的截面折变非对称型长周期光纤光栅(LPFG)高温特性及其在高温环境中的轴向应变特性。理论和实验表明在200～1000℃之间长周期光纤光栅的谐振峰漂移呈线性趋势;同时,在高温环境中其谐振峰随轴向应变也呈线性漂移,且不同谐振峰的温度和应变灵敏度也不同。利用这种新型长周期光纤光栅独特的高温应变特性可用一根光纤光栅实现对高温和应变的同时测量。     

LPFG折射率模式响应及其在传感建模中的应用

基于光纤光栅的模式耦合理论,采用严格的数学模型,给出了三层介质长周期光纤光栅(LPFG)的纤芯模和包层模的本征方程,分析了长周期光纤光栅中的纤芯模式和包层模式的有效折射率随外界环境折射率变化的情形,以及外界环境折射率变化对长周期光纤光栅谐振波长的影响.通过在长周期光纤光栅外涂覆折射率对外界环境变化敏感响应的特定薄膜可以显著提高其传感测量的灵敏度.研究结果可为长周期光纤光栅传感器结构参数的优化设计和实际应用提供理论支持.     

Investigation of Acoustooptic Mode Coupling on a Long-Period Fiber Grating

It is indicated theoretically that the cladding mode generated by a long-period fiber grating (LPFG) can be coupled further to another unsymmetrical cladding mode via acoustooptic effect. A novel technique to tune the transmission spectrum of an LPFG is proposed and demonstrated experimentally by applying an acoustic wave with proper frequency and intensity.     

长周期光纤光栅温度传感器的研究进展

长周期光纤光栅（LPFG）具有与短周期光纤光栅所不同的光谱特性。它无背向反射光谱,不对光源的稳定性产生影响。基于纤芯基模与包层模的谐振耦合原理和热光效应,LPFG温度传感器利用谐振波长的漂移变化实现对温度的测量,具有很高的灵敏度。介绍了LPFG的制作方法、LPFG温度传感器的工作原理及最新研究进展。由于具有插入损耗小、可用于遥测、精度高和抗电磁干扰能力强等优点,LPFG温度传感器将有广阔的应用前景。     

环境折射率对长周期光纤光栅谐振波长的影响

长周期光纤光栅是近几年出现的新型光纤器件,表现为前向传播的纤芯导模与同向传播的各阶次包层模在特定波长时的模式耦合,因此它在温度、应变、折射率传感方面比普通的光纤光栅有更大的优越性.运用耦合模理论,首先讨论了长周期光纤光栅的谐振波长,并模拟了其透射谱.其次在理论上详细分析了长周期光纤光栅对环境折射率的敏感特性,讨论了环境折射率敏感度因子与包层模次数的关系,并比较了不同环境折射率下的灵敏度.最后模拟了在环境折射率小于光栅包层折射率的情况下,谐振波长随环境折射率变化的规律.     

Experimental demonstration of enhancing pump absorption rate in cladding-pumped ytterbium-doped fiber lasers using pump-coupling long-period fiber gratings

A long-period fiber grating (LPFG) was inscribed in a single-mode fiber and was spliced with a ytterbium (Yb)-doped double-clad fiber in order to couple pump radiation of the inner cladding into the core in a cladding-pumped fiber laser. The use of an LPFG permits a partial core-pumping scheme in a cladding-pumping fiber laser because a portion of the pump radiation can be coupled to the core by LPFG. The enhancement of the pump absorption of a Yb-doped cladding-pumped fiber laser as the result of pump coupling by LPFG was 35%, and the maximal output power increased by up to 55% when a 20-W pump source is used.     

基于镀铜长周期FBG的波长可调谐环形光纤激光器

将采用化学镀铜膜技术封装的长周期光纤光栅（LPFG）串人环形腔中,设计了一种新颖的波长可调谐掺Er3＋光纤激光器（EDFL）。铜镀膜（化学涂镀）的LPFG在激光器环腔中用作带阻滤波器,利用恒电流源调节LPFG所处温度场,影响LPFG透射谱,改变激光器环形腔增益最高点,实现输出激光波长的可调谐。在LPFG环境温度调谐20...     

含涂覆层长周期光纤光栅温度特性研究

提出在含涂覆层的标准通信光纤中用800nm红外飞秒激光直接写入了长周期光纤光栅（LPFGs）。从理论上分析了光纤涂覆层对于纤芯基模和包层模有效折射率的影响,并进一步研究涂覆层对LPFGs温度灵敏度的影响。分别对制作的去除涂覆层和含涂覆层LPFGs的低阶包层模进行了温度特性实验。结果表明：涂覆层的存在不仅能成为LPFGs理想的保护层,更重要的是将LPFGs的温度灵敏度提高到0.1173 ,与理论分析吻合。这种含涂覆层光纤光栅若作为温度传感器,将有着良好的机械强度和温度灵敏度。