双频干涉型光纤激光加速度传感器的指向性特性

矢量传感器可以共点、同步测量振速、加速度等矢量信息,且具有一定的噪声抑制能力,具有重要的应用价值。铒镱共掺双偏振光纤激光器已被证明可用于实现易解调、结构小巧、易于复用、高灵敏度的光纤传感器。针对此类传感器,本文提出一种加速度传感器结构,通过限制质量块的横向位移,实现了一种双频干涉型光纤激光加速度矢量传感器。除了具有双偏振光纤激光器的一系列优点外,该传感器还具有良好的“8”字形指向性,并在1 kHz以下具有平坦的频率响应特性,对于后续双频干涉型光纤矢量传感器的实现具有重要的指导意义。     

光纤激光磁场传感器灵敏度与拍频频率的关系

基于法拉第效应,正交双频光纤激光器已经被证明可用于实现磁场传感。但这种传感器对磁场的灵敏度与激光器初始的拍频频率相关。因此对这种传感器的磁场灵敏度与拍频频率的关系进行了研究。理论和实验结果表明,传感器对磁场的灵敏度与拍频频率间呈非线性关系,并且灵敏度随着拍频频率的减小而增大。该灵敏度存在一个由费尔德常数决定的上限值。对于实验中基于掺铒光纤制备的短腔光纤激光器,通过将初始拍频频率降至2 MHz,获得了激光器对磁场响应的最大灵敏度43 Hz/μT。此外,激光器初始拍频频率与抽运激光的偏振态也有关系。实验表明,通过调谐抽运激光的偏振态,可以动态地调谐传感器对磁场的灵敏度。     

双光束光纤激光器相干合成仿真及实验研究

为了研究光纤激光器相干合成,采用光纤激光的相干合成数学模型仿真了双光束光纤激光相干合成的方法,模拟仿真了各类因素条件下高斯光束相干合成的功率分布,分析了不同参量条件下对合成效果的影响,并针对部分仿真结果进行了实验研究。结果表明,双光纤激光空间距离为0mm,光束夹角为0°,偏振方向完全一致时,则相干合成效果最好。     

光纤激光器的调制实验研究

为了得到光纤激光器的好的调制特性,对光纤激光器的偏振态控制与否进行了对比试验,发现激光器没有进行偏振态控制,调制后的信号为噪声,即无法调制;利用扭转光纤控制构成腔的偏振态,选频器采用保偏光纤上写入的光纤光栅研制的环形激光器,调制特性可以与半导体激光器相比拟.比较了利用半导体激光器与偏振态控制的光纤激光器100km传输实验结果,二者结果一致.研究结果有利于光纤激光器在光纤通信中的应用.     

单偏振的双波长光纤激光器的实验研究

对偏振态稳定的单、双波长可以选择的光纤激光器进行了研究.扭转光纤控制构成腔的偏振态,实现单偏振的单、双波长激光输出转换,选频器采用保偏光纤上写入的光纤光栅,改变保偏光纤的双折射可实现激光输出双波长间隔的自由调谐.室温下,相关实验获得激光双波长间隔0.6 nm,输出功率8 dBm.     

基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器

在分析光纤光栅传感原理的基础上,设计了一种基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器.先将一根光纤光栅粘贴在超磁致伸缩材料上;为补偿温度对磁场测量光纤光栅传感器的影响,再将另一根光纤光栅的一端固定在有机玻璃上并保持自由状态.对设计的传感器进行温度和磁场强度响应特性实验,在0~40℃的范围内,磁场测量和温度补偿光纤光栅的温度灵敏度分别为22和9.9pm/℃.在0-1200×10^-4 T范围内,传感器的磁场强度检测灵敏度约为1pm/1×10^-4 T,分辨率为1×10^-4 T,线性度为0.9963,稳定性约为±3×10^-4 T,为弱磁场的测量提供了一种新方法.     

采用双Sagnac环滤波器的可切换多波长光纤激光器

提出了一种基于双Sagnac环滤波器的可切换多波长掺铒光纤激光器,该滤波器由基于保偏光纤和少模光纤的Sagnac环并联构成,结构简单,利用其梳状滤波特性,实现了掺铒光纤激光器的多波长输出。采用传输矩阵法详细分析了双Sagnac环的传输特性,进一步搭建了线性腔掺铒光纤激光器,实验中通过调节偏振控制器,改变腔内偏振态,在室温下得到稳定可切换的单、双、三波长激光输出,且激光器输出波长的位置可调。研究结果表明,输出激光波长的边模抑制比大于34 dB,稳定性测量中波长漂移量小于0.05 nm,具有良好的稳定性,可应用于波分复用及全光通信系统等领域。     

双偏振微结构光纤光栅的折射率传感特性分析

研究了微结构光纤(MOF)布拉格光栅(FBG)的双偏振折射率传感特性。利用有限元方法对保偏微结构光纤(PM-MOF)的传输特性进行了分析,计算了传输特性曲线,分析了该种光纤单模传输的范围。同时结合耦合模理论,仿真了该种光纤均匀布拉格光栅在充入不同介质时的反射谱,得到两个偏振模LP0x1和LP0y1的中心波长差与介质折射率的关系曲线,通过特性曲线拟合出相应公式。同时,仿真了该光纤光栅的温度特性,研究结果表明,两个偏振模中心波长对温度响应相似,因此利用双偏振差分的方式来探测,具有较强的抗干扰能力,这一特性为光纤生物传感器的应用提供了理论依据。     

单FBG双波长掺铒光纤激光器的设计与实验研究

为给密集波分复用(DWDM)光纤通信及光纤传感系统提供理想光源,设计了一种双波长环形腔掺铒光纤激光器。该激光器采用单支光纤光栅(FBG)和2个3dB耦合器构成可调谐光滤波器,结合多模光纤的偏振烧孔效应,通过改变系统的偏振态来获得波长可调谐的双波长激光输出。实验结果表明:改变系统的偏振态时,可分别获得单波长和双波长激光输出,双波长光纤激光器的最大波长差为4.692nm。引入多模光纤后,激光跳模现象得到明显抑制。     

偏振正交双频DBR腐蚀声发射传感器研究

为了实现基于光纤传感器的金属腐蚀在线监测,以金属Q235腐蚀声发射在线监测为目标,采用分布式布喇格反射（DBR）光纤激光器作为腐蚀声发射传感器的方法,通过对偏振正交DBR光纤激光器的工作机理及模型进行研究,分析了偏振正交双频DBR激光器用于腐蚀声发射传感器的谐振腔参量对其性能影响的规律,并进行了基于偏振正交双频DBR激光器的声发射检测实验,实现了偏振正交DBR光纤激光器的优化设计,提出了表征Q235碳钢腐蚀阶段的特征量。结果表明,偏振正交DBR光纤激光器不仅能实现对金属腐蚀声信号的检测,其检测频带范围为0MHz~1MHz,还能实现通过平均拍频值的变化来表征金属腐蚀主要的3个腐蚀阶段。该研究为偏振正交DBR腐蚀声发射传感器及组网的优化设计与制作提供了理论和技术基础,对金属腐蚀特别是核级关键材料的在线腐蚀监测具有重要意义。     

Electrically Tunable Microwave Generation Using Compact Dual-Polarization Fiber Laser

A simple technique for tunable microwave frequency generation based on a compact dual-polarization fiber grating laser incorporated with a piezoelectric transducer (PZT) is demonstrated. The PZT exerts a transversal force to the fiber grating laser which changes the fiber birefringence and, therefore, the wavelength separation between the two polarization lines. The beat tone frequency changes linearly in response to the driving voltage applied to the PZT.      

基于光纤光栅的简支矩形板挠度和应变测量方法

提出一种利用光纤光栅传感器测量简支矩形薄板在横向载荷下挠度和应变分布的一种方法.通过在薄板4个不同位置各埋设1根光纤光栅,利用基于可调谐激光原理的光纤光栅传感解调系统检测出应变信息,并结合简支矩形板纳维叶解的前4项计算出决定挠度和应变的必要参数,最终代入矩形板各位置的坐标值即可获得矩形板各点的挠度和应变值.实验采用集中应力的方式对矩形板进行了载荷实验,实验结果与理论模拟相符,证实了该方法的可行性.     

激光切割碳纤维复合材料的温度场仿真

为了揭示激光切割碳纤维复合材料过程中温度场的分布规律、材料对能量的吸收和传递规律以及热影响区的形成机制,采用碳纤维复合材料为研究对象,建立激光切割碳纤维复合材料的多物理场模型,计算仿真了激光切割碳纤维复合材料过程中温度场分布及激光参量对碳纤维复合材料温度和热影响区影响规律,得到了激光切割碳纤维复合材料过程中的3维温度场分布。结果表明,激光切割过程中,碳纤维复合材料表面温度场近似为椭圆形,且碳纤维复合材料中能量的传递和扩散主要沿着碳纤维铺设方向;激光功率20W、光斑半径100μm、切割速率50mm/s的激光沿垂直于碳纤维铺设方向切割时,激光光斑作用处碳纤维温度远低于树脂层温度;随着切割光斑半径和激光功率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐增加,热影响区逐渐增大;随着切割速率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐减小,热影响区逐渐变小。该研究为了解激光切割碳纤维复合材料过程中的热损伤机理及材料高质高效的加工提供了一定的理论指导。     

光纤布喇格光栅电流传感器研究

本文实现了一种基于磁致伸缩棒在均匀磁场中的伸缩效应的光纤布喇格光栅电流传感器 .把光纤布喇格光栅牢固地沿纵向粘贴在一个置于多层漆包线绕成的螺线管中间的磁棒上 ,磁棒在螺线管中间部分的匀强磁场中随漆包线中电流的增加而沿纵向伸长 ,从而带动光栅在应变的作用下改变波长 .实验测得电流跟波长变化基本上成线性关系 ,波长的改变范围约 0 .9nm,其灵敏度约为 0 .0 0 1nm/ m A     

掺镱光纤激光器粒子数空间分布研究

针对基于重叠因子模型的速率方程不能分析粒子数空间分布的情况,依据双包层掺Yb3＋光纤激光器中,内包层光强近似于均匀分布、而纤芯中光场近似于高斯分布的特点,建立了基于光强分布的速率方程。依据该方程,分析了正向、反向和双向泵浦方式下,Yb3＋上能级粒子数的空间分布。结果表明：沿光纤轴向,不同的泵浦方式导致上能级粒子数呈现不同的分布特征;而沿光纤径向,无论采用何种泵浦方式,上能级粒子数都呈现中间低、两端高的抛物线分布结构。     

掺杂Sm_2O_3的向列相液晶TEB30A光栅衍射特性研究

基于光学琼斯矩阵理论,研究掺杂Sm_2O_3的向列相液晶TEB30A在弱磁场中的光栅衍射特性。结果表明,自然光通过处在弱磁场中的适量配比的Sm_2O_3/TEB30A样品后,会在远场产生衍射条纹,且衍射条纹会随外磁场强度的增加而出现动态的变化。产生衍射条纹是由于适量的Sm_2O_3的掺杂,使得向列相液晶TEB30A的折射率各向异性Δn沿外磁场方向呈现周期分布,形成了液晶光栅;当外磁场强度发生变化时,处在外磁场中的Sm_2O_3粒子和液晶分子的分布会随之发生变化,导致Δn沿外磁场分布的周期发生变化,从而引起液晶光栅常数发生变化,因此,衍射条纹呈现出动态变化的效应。模拟结果表明,当外磁场强度由0.464 9T增加到0.518 5T时,液晶光栅常数由0.5cm降到0.4cm。这一技术研究方法将大大降低液晶光栅的成本,同时,弱磁场环境也为使用者提供了一种安全的使用环境。     

光纤Bragg光栅滤波响应的轴向分布特性研究

为揭示光纤Bragg光栅（FBG）的局部滤波特征,研究和分析了滤波响应沿光栅轴向的空间分布规律。从均匀、切趾和啁啾型等基本光纤Bragg光栅（FBG）类型出发,分析了反射带滤波光场沿轴向的分布规律。结果表明,均匀型FBG中,光场反射多集中在前1/2个光栅长度内,呈现非对称性;切趾型FBG中,光场反射在光栅长度内的均匀性...     

基于扫描激光器和光放大的100 km光纤布拉格光栅传感系统

提出了对基于扫描激光器的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统进行掺铒光纤(EDF)/双波拉曼混合放大的方法,大幅度提高了该光纤布拉格光栅传感系统的传输距离。该方法以高功率扫描激光器作为光源,采用双波长拉曼放大的方法对信号进行低噪声双向放大,再利用系统中间的两段掺铒光纤,将剩余的拉曼抽运功率用来产生自发辐射光和放大传感信号,使得整个系统能在超长的传感距离上获得良好的信噪比(SNR)。实验表明使用一台扫描激光传感分析仪、一只170mW的拉曼抽运和一只2W的拉曼抽运,可以使传感距离达到100km以上,并且传感系统的光纤布拉格光栅反射信号均能获得超过7dB的良好信噪比,从而实现在超长距离上的光纤布拉格光栅传感。     

考虑光纤光栅反射率分布的外腔半导体激光器的理论模型

提出了等效腔近似下 ,包含光纤光栅反射率分布的光纤光栅外腔半导体激光器 (FGECL)的理论模型。数值分析表明 ,用该模型所得到的模式抑制比 (MSR)明显小于把光纤光栅反射率当成点函数 (即只在某一波长处有反射率 ,其余波长处反射率为 0 )来处理时所得到的模式抑制比。