任意波长间隔的光纤光栅梳状滤波器设计与实现

采样啁啾光纤光栅理论是实现超高信道数梳状滤波器的理想方案,但是一个啁啾模板只能实现特定波长间隔的光梳状滤波器。提出一种利用光纤布拉格光栅(FBG)直流相移实现任意波长间隔梳状滤波器方法。该方法只需一个啁啾模板与亚微米精度的位移台,在灵活性、简单性和制作成本方面有明显优势。仿真和实验表明FBG直流折射率调制可以引入任意的相位偏移。利用该方法实现了波长间隔为100,50,40GHz的梳状滤波器。最后分析了直流相移光栅长度与相位误差对滤波器边带抑制度的影响。     

改变光栅拉力实现双峰滤波器的方法研究

利用光纤布拉格光栅(FBG)的轴向应力调谐特性,基于一个均匀相位模板,制作了不同波长间隔的双峰(DW)滤波器。通过滑轮将重力转化为光栅的轴向拉力,改变两次曝光时光栅的轴向拉力,制作了波长间隔分别为0.235、0.312、0.558和1.120nm的DW滤波器,拟合得到了重力差与波长间隔的关系。实际制作DW滤波器的波长间隔接近理论值,而且DW的反射谱和透射谱具有很好的一致性。本文方法具有实现简单、设计灵活和成本低的优点,有很好的应用价值。     

机械写制π相移弯曲不灵敏光纤长周期光栅滤波器

采用2个交错放置的具有π相移的周期性刻槽板对弯曲不敏感光纤径向施力,形成了机械写制π相移长周期光栅(LPGs)滤波器。实验研究了压力和子光栅个数对π相移光纤光栅的光谱影响以及光栅的偏振相关损耗(PDL)。结果表明：两侧阻带的传输损耗由施加在光纤上面的压力决定,子光栅的个数决定π相移光纤光栅的通带宽度,但不影响通带中心波长;对LP13耦合模,当π相移个数从1增加到9时,滤波器通带带宽由8.2 nm增加到53.8 nm。LP13包层模具有最大PDL,其值约为6.86 dB。该方法制作的π相移长周期光纤光栅(LPFG)具有可重构性,结构简单,易于操作,在光纤通信和传感领域具有潜在的应用价值。     

一种新颖的宽带可调光纤光栅滤波器

分析了光纤光栅（FBG）调谐的基本原理,进而采用新颖的调谐结构,设计并实现了一种宽带可调谐的FBG滤波器。该滤波器仅用1支FBG制做而成,其波长调谐范围最高可达40nm。实验结果表明,该FBG滤波器的调谐波长与调谐步进位移量之间具有良好的二次曲线关系。     

一种新颖的双边缘滤波光纤布拉格光栅解调技术

设计了一种基于机械感生长周期光纤光栅(MI-LPG)的双边缘滤波光纤布拉格光栅(FBG)传感解调方案。采用不同写制参数制作了谐振边带对称交迭,谐振峰值和带宽相同的两个MI-LPG作为滤波器,利用反射FBG信号通过不同光谱特性的滤波器时输出不同光强的比值对数算法确定被测波长。实验表明,本解调方法能够精确、稳定地实现FBG传感信号的解调,动态范围可达5 nm,解调系统线性拟合计算值和光谱仪所测波长值的均方差为6 pm,线性度好,精度高。     

相移光纤光栅的反射谱特性分析

应用传输矩阵法对相移光纤光栅(FBG)的反射光谱特性作了详细的理论分析,给出了相应的数学模型,并进行了验证.结果表明,相移的引入导致光纤光栅反射谱产生分裂,分裂点波长与相移大小呈线性正比关系并具有用期性;分裂点反射率与相移位置、光栅中心波长之间具有一定的对称性,且符合双曲正切关系.     

基于啁啾相移光纤光栅的多波长滤波器的研究

使用Ⅴ-Ⅰ传输矩阵法分析了相移量、相移点位置以及啁啾系数对啁啾相移光纤光栅透射谱特性的影响,并分析了在啁啾光纤光栅中同时引入多相移时生成的多陷波滤波器的波长间隔,发现其与以同样的位置引入单相移时陷波滤波器的波长偏离间隔基本一致。依据仿真分析结果,可以优化啁啾相移光栅相移数量、位置间隔、啁啾系数和相移量的参数选择,设计出实际需要的多波长滤波器。     

基于相位误差补偿技术的超窄带光栅滤波器的制作

增加光栅长度足获得具有低插入损耗、高边带抑制度的超窄带光栅滤波器最佳途径,但是长光栅的制作方案会引入比较严重的相佗误差,严重影响到光栅滤波器的性能;取样光栅的设计制作方案具有滤波中心波长设计灵活、制作精度低和切趾技术实现容易的优点.针对利用取样光栅制作超窄带光栅滤波器的方案.分析了3种常见丰廿位误差对-1级子光栅滤波性能的影响;利用重构等效啁啾技术(REC)成功补偿了光栅长度为6.6 cm的超窄带取样光栅滤波器-1级子光栅的相佗误差,并得到了反射谱和透射谱对称性良好,3 dB带宽为26 pm,20 dB带宽为70 pm,插入损耗为1.25 dB和边带抑制度为21.55 dB的超窄带光栅滤波器.     

光纤光栅声光调制特性分析

高频超声波在紫外写入的光纤布拉格光栅(FBG)上传播，产生的长周期超声光栅调制光纤光栅，形成光纤超声超结构光栅。利用模式耦合理论，分析了光纤超声超结构光栅的光谱特性，得出光纤超声超结构光栅的反射谱存在多个反射峰，其反射峰的波长间隔由超声波的频率决定。因此，可以通过改变超声波的频率，调节一阶反射谱的反射波长，从而实现宽调谐范围的快速波长可调滤波器。该滤波器与通常的声光可调滤波器相比，带宽更窄，调谐速度更快。     

一种新的光纤布拉格光栅波长移位检测技术

提出了一种利用全光纤非平衡Mach Zehnder干涉仪作为边缘滤波器进行光纤布拉格光栅 (FBG)波长移位检测的方案。这种边沿滤波器具有梳状的滤波特性 ,且其两输出臂滤波特性互补。利用其一对滤波边沿 ,可以将被测光栅的波长信息转化为功率信息进行检测。在制作时 ,通过适当改变干涉臂长差可方便地调整测量范围和检测分辨率 ,具有较大的灵活性。以两种不同的比较运算的方法消除系统功率起伏对测量结果的影响 ,都得到了较好的结果。采用该检测方案进行了光纤布拉格光栅温度传感实验 ,得到了± 10 pm的波长测量精度。     

A Novel Temperature-Compensated,IntensityModulated Fiber Bragg Grating Sensor System

An intensity-modulated, fiber Bragg grating (FBG) sensor system based on radio-frequency (RF) signal measurement is presented. The RF signal is generated at a photodetector by two modulated optical signals reflected from the sensing FBG and a reference one. Bragg wavelength shift of the sensing FBG changes intensity of the RF signal by changing phase difference between the two optical signals, with temperature effect being compensated automatically by the reference FBG. Strain measurement with a maximum sensitivity of -0.34 V/ has been achieved.     

A Novel Temperature-Compensated, Intensity-Modulated Fiber Bragg Grating Sensor System

An intensity-modulated, fiber Bragg grating （FBG） sensor system based on radio-frequency （RF） signal measurement is presented. The RF signal is generated at a photodetector by two modulated optical signals reflected from the sensing FBG and a reference one. Bragg wavelength shift of the sensing FBG changes intensity of the RF signal by changing phase difference between the two optical signals, with temperature effect being compensated automatically by the reference FBG, Strain measurement with a maximum sensitivity of -0.34 μV/με has been achieved.     

新颖的光纤光栅温度压力同时区分测量传感器

提出了一种基于圆柱形容器和活塞结合的双光纤Bragg光栅(FBG)温度和压力同时区分测量的传感模型.将FBG 1和FBG 2粘结在基底材料上,基底材料固定在活塞和圆柱形底部间,圆柱形容器内压力和温度的变化将引起FBG 1波长的变化,圆柱形容器内温度的变化引起FBG 2波长的变化,通过2根光栅的波长漂移来进行温度和压力的区分测量.实验测得该传感器的压力响应灵敏度系数为0.822 3 nm/MPa,温度响应灵敏度系数为0.032 2 nm/℃,分别是裸FBG的274倍和3.2倍.该传感器可以实现10 MPa压力以下、-20～100 ℃温度的液体和气体的高精度同时测量;可以改变基底材料的种类或基底材料和活塞的参数,实现不同灵敏度要求的温度、压力同时测量.     

一种制作掺Yb相移光纤光栅激光器的实验方案

采用遮挡法引入相移制作了掺Yb相移光纤光栅(PS-FBG)。在制作光栅的过程中,将其作为激光器的谐振腔,通过监测激光器的输出功率来确定相移大小。当激光器的输出功率开始下降时,停止曝光,此时引入的相移为π/2。为了使光栅的特性尽快稳定下来需要对光栅进行退火,这将导致引入的相移小于π/2。为了弥补退火过程中引起的相移降低,需要对退火后的光栅进行二次曝光,以使光栅的相移恢复π/2。利用该方法制作了一只光纤光栅激光器。当抽运功率为100 mW时,获得了25 mW的输出功率,信噪比(SNR)为60 dB。在1 h内,输出功率波动小于1%。当光栅的温度在25~30℃之间变化时,激光器单纵模运转。     

基于光纤光栅的微波扫描单边带调制法测量光纤布里渊散射特性

利用光纤布拉格光栅(FBG)和马赫-曾德尔电光调制器实现了单边带光调制输出。基于微波扫描的单边带调制技术提出了一种测量光纤受激布里渊散射(SBS)特性的方法,可有效地将布里渊频移与布里渊增益谱的测量统一起来。对一段50m长的光子晶体光纤(PCF)的SBS特性进行了测量,得到了PCF的SBS谱的布里渊频移为9.7443GHz,布里渊增益谱线宽为22.472MHz,布里渊增益系数为7.874×10-12 m/W。     

高分辨率光纤光栅温度传感器的研究

报道了一种具有高分辨率和高效且价廉的解调系统的光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器.提出了光纤光栅的金属槽封装技术,以提高传感光栅的温度灵敏性.研究了金属槽封装光栅的温度灵敏性,理论分析和实验结果表明,封装光栅的温度灵敏系数比普通裸光栅提高了3.6倍.系统利用一长周期光栅(LPG)作为线性滤波器,宽带光源经此长周期光栅调制后入射到传感光栅,可解调布拉格传感光栅的波长位移.理论分析与实验结果一致,系统可达到的温度分辨率为0.02℃.     

基于光纤光栅的传动齿轮模态分析

利用光纤光栅传感器实现了基于快速应变响应的传动齿轮模态分析。基于波分复用技术组建光纤光栅传感网络,根据光纤光栅的应变响应数据完成齿轮的应变模态分析,并与基于声压传感器的齿轮试验模态分析结果进行对比,固有频率相对误差小于0.1%。为了实现光纤光栅传感器的快速应变采集,搭建了一套光纤光栅快速解调仪。该解调仪是基于体相位解调的单通道快速解调仪,采样速率最高为35kHz,使用LabVIEW编写了光纤光栅信号采集和解调软件。基于光纤光栅的齿轮应变模态分析方法附加质量小,比传统加速度传感器测量结果更准确,能够适应小型齿轮箱内部复杂和恶劣的测量环境,具有一定的应用价值。     

基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅振动传感器的动态解调

提出一种基于级联长周期光纤光栅(CLPG)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器动态解调方法。宽带光源发出的光经FBG反射后,进入到CLPG,经过CLPG调制后FBG反射光强会发生变化。通过温度测量实验对监测系统进行静态标定,再将FBG传感器粘贴于铝板表面,采用该系统监测简支铝板结构在低频和高频下的振动信号。系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该监测系统可实现2kHz以下的动态信号测量。     

基于乙醇灌注边孔光纤的Sagnac干涉型温度传感器

提出并研究了一种基于乙醇灌注边孔光纤(SHF)的Sagnac干涉型温度传感器。边孔光纤是一种高双折射光纤,其包层中纤芯两侧具有两个空气孔。将乙醇填充进边孔光纤的空气孔中,利用乙醇的折射率随温度的变化,改变边孔光纤的双折射系数,使Sagnac干涉仪的输出谱发生波长漂移,从而实现了温度传感。实验获得该传感器在20℃～80℃的温度变化范围内灵敏度为86.8pm/℃,为普通光纤布拉格光栅(FBG)传感器的8倍。