边孔光纤长周期光栅的传感特性研究

采用CO₂激光脉冲技术在边孔光纤(SHF)上 写入长周期光栅(LPG),并对其温度、外界折射 率和弯曲的传感特性进行测试。实验表明, 当温度从20℃升高到80℃时,SHF-LPG的谐振波长随温度升高线性蓝移6.51nm, 温度灵敏度为－0.11nm/℃。其对外界折射率的敏感 度随折射率升高而增加,越 接近光纤包层的有效折射率灵敏度越高,测量范围为1.34-1.44;其 谐振波长随弯曲曲率的增加线性红 移,但弯曲传感灵敏度具有较强的方向相关性,最大达到9.36nm/m －1。     

基于长周期光纤光栅和Sagnac环的温度与折射率的区分测量

利用长周期光纤光栅(LPFG)和保偏光纤(PMF)Sagnac环透射光谱的调制特性,设计了温度和折射率同时区分测量系统。通过监测LPFG嵌入Sagnac环的透射谱中谐振峰波长和强度的变化,测定了波长和强度对温度和折射率的灵敏度系数,构建了传感系数矩阵。实验发现,谐振峰波长随温度变化,谐振峰强度随折射率变化,实现了温度与折射率的区分测量。实验测得该系统的温度灵敏度0.1 286nm/℃,折射率灵敏度为49.38dB/RIU。实验结果验证了方案的正确性,且实验系统搭建简便,体积小,成本低,具有一定的应用前景。     

基于多模与熊猫光纤耦合的温度与应变特性研究

该文基于多模与熊猫光纤耦合设计了一款新型马赫曾德尔干涉仪传感器,该传感器对温度和轴向应变均较灵敏,在温度或应变变化时,传感器透射谱谐振峰波长发生线性漂移,通过考察谐振峰波长偏移量来感知应变与环境温度。实验结果表明,测得最大温度灵敏度为65.45 pm/℃,最大应变灵敏度为-1.9 pm/με。利用传感器透射谱谐振峰两个波谷的温度和应变灵敏度构建测量矩阵,实现了温度与应变的同时测量,消除了交叉敏感。     

基于光子晶体光纤长周期光栅的双参数传感技术研究

利用高频CO2激光脉冲在折射率引导型的光子晶体光纤(PCF)上写制了长周期光栅(LPG),产生多个谐振峰。实验观察和理论分析均表明,这些峰是源于纤芯LP01模式向高阶纤芯LP11模式的耦合。通过研究产生的两个谐振峰随外界温度、弯曲、折射率和轴向应变的变化发现,LPG只对温度和轴向应变敏感,从而实现对弯曲和折射率均不敏感且能同时测量温度和应变的双参量传感器,减小了交叉敏感,其温度和轴向应变的灵敏度分别为10 pm/℃和-4.0 pm/με。     

长周期光纤光栅与无芯光纤级联的弯曲传感器

在实际工程中,光纤弯曲传感器有很大的市场需求。该文利用长周期光纤光栅与无芯光纤串联在1根光纤上构成传感器,实现对弯曲的传感测量。无芯光纤与长周期光纤光栅级联后,输出的透射谱中产生了大量对弯曲敏感的谐振峰,实验考察了波峰1、2的中心波长随弯曲曲率的变化关系。研究结果表明,波长漂移量与弯曲曲率间存在很好的线性关系,实验测得弯曲灵敏度分别为-12.51 nm/m^-1与-12.504 nm/m^-1。该传感器具有结构简单、弯曲灵敏度高,成本低,重复性好等优点,在大型建筑物与桥梁等弯曲测量领域具有一定的应用价值。     

弯曲曲率对长周期光纤光栅透射谱特性的影响

报道了一种分析长周期光纤光栅(LPFG)透射谱谐振波长和衰减率随弯曲曲率变化的方法。利用耦合模理论和微扰近似推导了长周期光纤光栅透射谱随弯曲曲率变化的一般表达式,得到当弯曲曲率为2.56 m~(-1)时,长周期光纤光栅透射谱分裂,分裂峰的谐振波长和衰减率与弯曲曲率呈非线性变化,但分裂峰的间距与弯曲曲率呈线性变化。利用B-Ge共掺单模光纤写入的长周期光纤光栅证实了理论的正确性,且具有很好的重复性。     

同时测量弯曲曲率和弯曲方向的长周期光纤光栅传感器

通过实验发现了高频CO2激光脉冲制备的长周期光纤光栅（LPFGs）的弯曲特性具有明显的弯曲方向性：即当其向不同的方向弯曲时,其谐振波长和损耗峰值的变化对应的弯曲灵敏度不同,并且在两个弯曲方向上最敏感,而在另外两个弯曲方向最不敏感。本文根据此独特性质,提出了不仅可以测量弯曲曲率而且可以同时判别弯曲方向的传感器,该弯曲传感器由2个具有弯曲方向相关性的LPFG和1个没有弯曲方向相关性的LPFG组成。结果表明,它克服了其它弯曲传感器只能测量弯曲曲率或只能判别弯曲方向的缺点。     

级联长周期光纤光栅的温度特性研究

对级联长周期光纤光栅(C-LPFG)的温度敏感特性进行了理论和实验研究。讨论了C-LPFG的谐振波长温度灵敏度与包层模的阶次、光纤光栅周期的关系,进行了20～80℃温度传感实验,实验结果表明,谐振波长与温度成线性响应,升降温数据的重复性比较好,测得其谐振波长温度灵敏度为0.250 1nm/℃、而相同参数的LPFG所测得的谐振波长温度灵敏度为0.131nm/℃。表明,C-LPFG的温度灵敏度远高于同样参数的LPFG。     

用单一倾斜光纤光栅实现曲率和温度的同时测量

基于单个倾斜光纤光栅(TFBG)提出了一种实现双参量曲率和温度同时测量的方法.研究发现,当弯曲方向与光栅栅面成一定角度时,倾斜光纤光栅的纤芯模偕振波长对弯曲不敏感而随外界温度变化线性漂移;低阶包层模谐振峰透射功率随曲率的增加而线性减小且对温度变化不敏感.由此特性提出了用单个倾斜光纤光栅的纤芯模谐振波长和低阶包层模谐振峰透射功率,分别实现对两个参量温度和曲率进行同时独立测量的传感器设计方案,该方法有望解决光纤光栅在测量中存在的温度和弯曲之间的交叉敏感问题.     

单个长周期光纤光栅实现横向负载和温度的同时测量

发现高频CO2 激光脉冲写入的长周期光纤光栅 (LPFG)的谐振波长的横向负载灵敏度具有很强的方向相关性 ,且在两个特定的负载方向上谐振波长对横向负载不敏感 ,而谐振峰幅值与不同方向的横向负载都有很好的线性关系。这种LPFG的谐振波长随温度变化而线性漂移 ,使谐振峰幅值对温度变化不敏感 ,由此提出了用单个LPFG的谐振波长和谐振峰幅值两个参量分别实现对温度和横向负载进行同时独立绝对测量的传感器设计方案 ,可望从根本上解决LPFG在测量中存在的温度和横向负载之间的交叉敏感问题     

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...     

弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器的研究

为了研究弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器谐振波长漂移量与光栅弯曲形变的关系,采用耦合模理论和计算机模拟方法进行了理论计算和仿真研究,推导出弯曲光子晶体光纤长周期光栅谐振波长表达式,设计了一般弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器系统模型,分析了弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器的基本工作原理,并计算了长周期光子晶体光纤光栅弯曲曲率、光栅有效折射率和谐振波长与弯曲应变的关系。结果表明,随着光栅弯曲形变的增加,光栅的曲率会增加,光栅传感器的谐振波长漂移量会增加,光栅每发生1变化,光栅谐振波长的漂移量变化0.014nm。     

飞秒写制长周期光纤光栅的液体浓度测量实验研究

利用逐点写入法在去涂敷层的普通单模通信光纤中直接写入了长周期光纤光栅(LPFG),实验获得的LPFG在C波段的谐振波长1 538.8nm,衰减强度达10.63dB。其氯化钠和蔗糖溶液浓度传感特性实验表明,随着盐溶液浓度的增大,LPFG的谐振波长向左线性漂移,盐浓度每增加1%,波长向左漂移约0.05nm;随着糖溶液浓度从0%增大为50%,LPFG的谐振波长向左非线性漂移量高达约8nm。实验结果表明:飞秒激光逐点写入法操作简单,容易控制诱导的周期性折射率微扰在纤芯和或包层的位置,从而制备出对低浓度液体敏感的LPFG化学传感器;同时飞秒激光写制的LPFG具有较高的外界环境灵敏度,有望用在化学浓度传感中。     

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。     

新型长周期光纤光栅的扭曲特性研究

发现高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅（LPFG）具有独特的扭曲特性：1）扭曲特性具有明硅的扭曲方向相关性——顺时针扭曲时谐振波长发生“红”移，逆时针扭曲时谐振波长发生“蓝”移，无论顺时针还是逆时针扭曲损耗峰幅值都近似线性减小；2）若被扭曲的光纤比被扭曲的长周期光纤光栅长得多，则扭曲时长周期光纤光栅谐振波长和幅值的变化出现周期性的起伏。利用扭曲光栅引起椭圆双折射进而导致偏振态变化的相关理论合理解释了这些独特的扭曲特性。     

Effects of cladding radius on the optical characteristics of long-period fiber gratings

Using three-layer vector field model,the dispersion characteristics and spectral response of long-period fiber gratings（LPFGs）with different cladding radii are analyzed.Both the numerical and experimental results demonstrate that LPFG＇s resonant wavelengths shift towards much longer wavelength and the transmission depth is strengthened significantly by decreasing cladding radius.When the cladding radius is less than 20μm,only a single resonant peak over a wavelength range of 600 nm（from 1200 nm to 1800 nm）is achieved,and the sensitivity of LPFG to external refractive index is enhanced significantly.