光纤激光器推动传感应用

自20世纪90年代以来，光电子和光纤技术取得了令人瞩目的进展，这主要得益于通信、半导体和消费类电子产品的技术创新。虽然某些领域尚缺乏发展动力，但就总体而言，仍为快速发展趋势。     

光纤激光器加速光纤传感应用

光纤传感取代电传感已呈大势所趋。目前市场上的光纤传感绝大部分都是基于光波分复用(OWDM)的准分布式传感原理以及尚处于科研阶段的时域分布式(OTDR)光纤传感技术；两者均受制于各自的缺陷，离大规模市场应用尚待时日，尤其是在更高要求的传感领域更是无法实现。本文所介绍的光纤传感技术起源于激光雷达的调频连续波(FMCW)原理，采用相干探测进行检测，利用光纤本身进行直接传感，完全可以构建低成本的分布式传感网络，完成超远距离、超高精度和超低噪声的实时监控，可广泛用于国防、石油勘探和安保等各个传感领域。     

光纤传感技术及其在军事上的应用

简进光纤传感器的工作原理、特点以及在军事领域的应用。     

基于光纤激光器的光纤Bragg光栅传感技术

分析了掺Er光纤激光器(EDFL)的基本原理和光纤Bragg光栅(FBG)传感机理,组建了一种基于环形腔EDFL的FBG传感系统,其中FBG既作为滤波器起波长选择、又充当传感器起感测外界温度压力变化的作用.实验研究了经过温度增敏工艺处理过的FBG温度特性,传感系统温度分辨率优于0.3℃.换用荧光光源和经悬臂梁粘贴增敏处理的FBG,对比了在相同作用力下采用该系统前、后输出传感信号的光谱形状,结果表明,该技术方法可以有效消除FBG的啁啾对传感信号的影响,方法简单、信噪比高,适用于中远距离的FBG传感测量系统.     

可调谐光纤激光器及其在光纤传感中的应用

综述了可调谐掺铒光纤激光器的工作原理、研究现状,分析了调谐中有待解决的主要技术问题。介绍了可调谐掺铒光纤激光技术在光纤光栅传感中的应用,提出了一种新的基于可调谐掺铒光纤激光技术的波长检测方案,指出了该系统目前存在的问题。     

高功率光纤耦合半导体激光器在连续和脉冲高功率光纤激光器中的应用

阐述了高功率光纤耦合半导体激光器在连续和脉冲光纤激光器中的应用。通过实验研究,得到了输出功率30 w的1 060 nm的连续光纤激光输出和20 kW的脉冲峰值功率输出。     

工业市场上应用的光纤激光器

经过20年的研究,光纤波导激光技术已经从实验室走向了商业市场.光纤激光器很适合于工业应用,其体积小、性能可靠,并且在聚焦成小光斑时,可以传递很高的亮度和功率密度.这些激光器效率高,能提供大于60%的总光能转换效率,具有最佳的模式质量,且不会随时间和周围温度的变化而质量下降.光纤激光器也可以进行大批量生产,并且价格比传统固体激光器要低得多.     

宽调谐光纤激光器在温度传感中的应用

设计实现了一种编程扫描宽调谐掺铒光纤激光器,波长扫描调谐范围超过51nm(1516.83—1568.31nm),调谐步长最小可达0.01nm,通过编程控制波长重复扫描调谐。将该激光器应用于光纤光栅组成准分布式温度传感系统,初步实验实现了对16路共48个点的实时温度监测。     

内嵌Sagnac干涉结构的光纤环形激光器弯曲传感研究

本文报道了一种基于光纤环形激光器的弯曲传感 器,将基于单模-保偏-单模的光纤Sa gnac干涉结构作为弯曲传感元件和滤波器插入到光纤环形激光器中。光纤Sagnac干涉光谱的 滤波特性受保偏光纤弯曲曲率调制,在激光器环型腔内形成了曲率可调谐的滤波器,通过测 量激光输出能量实现光纤激光器内腔弯曲传感。本文从理论上分析了传感系统的工作原理, 并通过实验验证了高分辨率弯曲传感的可行性。实验结果表明,在0m－1~5.686 m－1曲率 范围内,传感器可达到的最大分辨率为6.5×10－8 m－1。采用激光器内腔强度调制方式,曲 率分辨水平从10－4 m－1提高到了10 －8 m－1。该传感器具有结构简单, 易于制造的特点,在建筑结构健康监测、结构微弯曲角度测量等领域有潜在的应用前景。     

共享激光器的分布式光纤气体传感系统

为了实现远端多节点的高效检测并降低成本,设计了一种新颖的分布式光纤气体传感系统。该系统采用共享一个工作于特种波长的分布反馈半导体激光器,将其置于一个本地控制节点内并通过双向光纤链路串联各远端检测节点,同时使用特殊设计的远端节点结构和光纤段,在每个检测节点,用两个Y型耦合器接入气室,将系统中信号分为上行流和下行流,避免来自其它节点信号影响并直接实现时分复用;并以三节点系统的瓦斯体积分数检测为例进行数值计算和实验。结果表明,激光二极管占总成本比重可由约60%降至约38%,且增加循环检测次数能使各节点测定气体体积分数的相对误差降低,首个节点的相对误差可降至0.2%以下,甚至更低,该方案能够精简高效地实现共享光源的分布检测。     

A novel temperature-insensitive strain sensor based on tapered fiber grating

A novel temperature-insensitive strain sensor based on bandwidth demodulation of the reflected light from the tapered fiber grating is presented, which is simple and low-cost and has considerable potential particularly application for strain sensing,and with the development of the interrogation system, it can demodulate both the bandwidth and the center wavelength of the reflected light from TFG to measure strain and temperature simultaneously.     

Tunable and switchable dual-wavelength erbium-doped fiber laser based on in-line tapered fiber filters

A tunable and switchable dual-wavelength erbium-doped fiber laser(EDFL) based on all-fiber single-mode tapered fiber structure has been demonstrated. By adjusting the variable optical attenuator(VOA), the laser can be switched between the single-wavelength mode and the dual-wavelength mode. When the temperature applied on the tapered fiber structure varies, the pass-band varies and the wavelength of the output laser shifts correspondingly. When the temperature changes from 30 °C to 180 °C, the central wavelength of the EDFL generated by branch A shifts from 1 550.7 nm to 1 560.3 nm, while that of branch B shifts from 1 530.8 nm to 1 540.4 nm, indicating the wavelength interval is tunable. These advantages enable this laser to be a potential candidate for high-capacity wavelength division multiplexing systems and mechanical sensors.     

激光在锥形多模光纤中的耦合效率与传输模式

基于光线追迹的方法建立了典型锥形多模光纤的传输模型,结合激光干扰设备激光的特点,模拟计算了激光在锥形多模光纤中的耦合效率和传输模式,并设计进行了光学实验。仿真和实验结果表明:高斯激光光斑经锥形多模光纤传输后为圆环形光斑;耦合效率随激光入射角的增大而减小,减小的速率随入射角的增大而减小。为解决圆环形光斑分布,提出了将输出端连接的圆柱形光纤弯曲一定角度的方法,该方法可以将光斑改善为二维正态分布的光斑,理论耦合效率近80%。该研究为激光干扰设备的干扰激光直接介入激光制导武器对抗半实物仿真系统提供了理论和实验支持。     

激光光纤传感器在地震预报中的应用

本文根据目前地震站的实际情况利用激光和光外差技术提出了一种可用于地震预报的光纤传感器的设计方法，并且做了相应的实验，实验数据表明地震预报精度获得明显提高。     

Tuning of an erbium-doped fiber ring laser based on heating a tapered fiber filter

An erbium-doped fiber ring laser (EDFRL) with wavelength tuning is reported. The laser has a Mach–Zehnder fiber interferometer (MZFI) based on tapers as an intracavity filter, which spectral interference transmission spectrum is modified by external refractive index changes induced by temperature variations in the 25–110 °C range. The MZFI is immersed in a glycerol solution, which refractive index is modified by controlled temperature changes, which allows the tuning of the laser wavelength determined by the interference fringes. Wavelength tuning of 12 nm was measured. This approach is very simple, portable and inexpensive over traditional methods to tune a fiber laser. In addition, the tuning mechanism do not require a solution replacement to operate.     

熔锥光纤器件的锥区特性

从理论和实验两方面研究了熔锥光纤器件的锥区的传输、耦合、偏振和调制特性.用耦合模理论分析给出了锥形光纤传输和耦合效率与锥区结构的关系.实验上测定了实际锥形光纤在不同锥角、不同长度下的偏振特性,得出偏振光经实际锥形光纤传输或耦合后,再传输其终端,得到均是椭圆偏振光的结论.测定了载波光脉冲经过锥形光纤耦合后其脉冲的变化特性,实验表明,光脉冲在经过锥形光纤耦合传输后其形状保持不变.     

Humidity and temperature sensor based on GOQDs-PVA coated tapered no-core fiber combined with FBG

A simple structure optical fiber sensor for relative humidity (RH) and temperature measurement is proposed and verified in this paper, which is based on graphene oxide quantum dots and polyvinyl alcohol (GOQDs-PVA) composite coated tapered no-core fiber (NCF) combined with a fiber Bragg grating (FBG). FBG is insensitive to humidity and sensitive to temperature, which is used to compensate temperature of the sensor. Experimental results show this sensor has humidity sensitivity of 143.27 pm/%RH ranging from 30%RH to 80%RH and the temperature sensitivity of 9.21 pm/℃. The proposed sensor has advantages of simple structure, good repeatability, and good stability, which is expected to be used in both RH and temperature measurement in biological and chemical fields.     

基于环行腔光纤激光器的应力传感器

提出并演示了一种基于大直径光纤锥的马赫曾德尔干涉仪应力传感器。以锥形光纤马赫曾德尔干涉仪作为滤波器,对掺铒光纤的增益谱进行梳状滤波,最终在环行光纤谐振腔中实现激光的产生并输出。所采用的马赫曾德尔干涉仪在作为滤波器件的同时也能够对光纤轴向应力进行传感,最终实现激光器输出波长随应力增加而向短波长方向漂移,实验结果显示其在波长1557 nm附近传感的敏感度达到了3 pm/。基于该锥形光纤的马赫曾德尔干涉仪具有成本低、制作简便和机械强度高的优点,使其更有利于商业化规模制作。     

飞秒激光制备光纤微孔传感器

为了实现高精度、低成本的液体折射率测量,采用飞秒激光水辅助微加工技术,制备出一种基于微孔结构的单模光纤液体折射率传感器.研究了传感器的传输损耗与孔内液体折射率及微孔长度的关系,利用射线理论分析了传感的机理,讨论了温度对传感器性能的影响.结果表明,该传感器在折射率1.333～1.413区间具有良好的线性响应,灵敏度达到157.48dB/RIU,且不易受温度串扰.该传感器具有结构紧凑、制备简单、高灵敏度、温度不敏感和低成本等优点,在生物化学测量领域中有着广泛的应用前景.     

基于光纤激光传感器的双频超声测量

提出一种基于分布布拉格反射式(DBR)光纤激光传感器用于液体环境中的双频超声测量系统。选用3MHz和7MHz的双频超声信号,通过改变调频指数,获得了四种不同情况下DBR光纤激光器的频谱输出,与理论分析相一致。结果证明,DBR光纤激光传感器可以用来检测双频超声信号。