基于双Mach-Zehnder的长距离分布式光纤传感系统

分布式光纤传感技术是当前传感领域研究的热点,文章提出了一种新颖的基于双M-Z的长距离分布式光纤传感系统方案,并对此系统中存在的时钟同步、控制信号的选取、信息的存取与传输等问题提出了相应的解决方案.     

利用Mach-Zehnder干涉仪检测环形谐振腔传输曲线的方法

环形谐振腔已经广泛应用于激光器的反馈腔、光学硅基调制器、光开关以及温度、压力和转动传感器,并且显示了其在光延时和光存储方面的潜力.Mach-Zehnder干涉仪(MZI)因其体积小、结构简单、灵敏度高等特点,被广泛应用于光纤传感等领域.利用MZI结构,可以实现对光纤环形谐振腔的传输曲线的测量.通过传输线模型,建立了环形...     

自由光谱范围可调谐的Mach-Zehnder全光纤干涉仪

介绍了一种自由光谱范围可调谐Mach-Zehnder全光纤干涉仪,该结构由2个3dB光纤耦合器和1个可调光延迟线组成,自由光谱范围的调谐由高精度光延迟线控制.Mach-Zehnder全光纤干涉仪两臂的光延迟时间调节范围为O～300ps,自由光谱范围可调谐范围为3～+∞ GHz.     

基于双路M-Z分布式光纤围栏传感预警系统的研究

文章基于双路M-Z(Mach-Zehnder)干涉仪原理实现了一种新型传感预警系统。解决了常见系统无法解决的单点和多点定位的实时精确定位问题。对整个光纤围栏传感预警系统进行了设计,提出了基于状态的迁移分析方法和以预防为主,报警为辅的全新安防理念。     

M-Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统模式识别方法

针对M-Z干涉仪型光纤分布式扰动传感系统输出信号短时频率随外界扰动变化的特征,提出了基于短时频率-时间特性的模式识别算法。采用提取短时过电平率来描述传感信号的短时平均频率-时间特性,并将提取出来的时频特性分段后建立相应的特征元素模型,通过动态规划算法（DTW）筛选出最优特征元素模型,将信号所有最优模型的参数作为信号特征输入到人工神经网络（ANN）进行学习和判决,降低了ANN的训练难度以及对时间的敏感性,提高了系统的环境适应能力。实验结果表明:该方法可以有效区分瞬时作用、长时作用、径向作用和不规则作用等多种不同扰动事件,平均识别速度在0.26 s之内,平均识别准确度在97%以上。     

双芯光子晶体光纤Mach-Zehnder干涉仪及其应力特性

利用自制的双芯光子晶体光纤(D-PCF)与单模光纤(SMF)熔接,并在熔接点塌陷空气孔,提出了一种新型的D-PCF马赫-曾德干涉仪(MZI).利用图像提取法和有限元方法,分析并计算了实际拉制出的D-PCF支持的光纤模式.经过分析发现,这种新型光纤干涉仪的主要干涉模式是环芯模式,不同于传统光纤干涉仪的干涉模式.实验观测了...     

基于散射矩阵理论的光纤Mach-Zehnder干涉仪特性研究

全光纤的Mach-Zehnder干涉仪是一种重要的干涉器件。本文利用散射矩阵的分析方法,通过计算机数值模拟,研究了Mach-Zehnder干涉仪的传输特性,得出了输出端谱线与干涉仪结构参数的变化关系。     

基于李萨如图的光纤分布式传感系统定位方法

提出了一种基于传感信号李萨如图的定位方法,对扰动进行定位。根据李萨如图的拟合椭圆,研究了拟合椭圆参数和时延之间的线性关系。利用实验室建立的2km的Mach-Zehnder(MZ)干涉仪型光纤分布式扰动传感系统,在2 Mb/s的采样速率下,应用李萨如图定位方法实现了100m的定位精度,多次测量的平均定位误差为50m,小于互相关法的定位误差。该方法简单,无需信号的先验知识,具有更好的稳定性。     

基于SOA光纤环形激光器的分布式声传感系统

为了降低传统分布式声学传感器(DAS)系统复杂度并提高信噪比(SNR),提出了一种基于半导体光放大器的光纤环形激光器(SOA-FRL)的DAS系统。该系统用SOA-FRL取代了传统的DAS系统中的窄线宽激光器和脉冲调制器,实现了高稳定的光脉冲输出;采用双脉冲外差探测方法,实现了精确的声信号探测和声源定位。实验结果表明：在频率为1 kHz、幅值为1.14 rad的声信号作用下,所提系统的解调SNR高达38.25 dB,空间分辨率为12 m。     

基于Mach-Zehnder干涉仪的自相似激光器压缩系统设计

为了研究自相似脉冲在Mach-Zehnder干涉仪的压缩特性,采用非线性薛定谔方程对自相似脉冲的演化和压缩进行了模拟,分析了基于级联单模光纤的Mach-Zehnder干涉仪的光纤参数对脉冲压缩的影响。结果表明,在不考虑高阶色散的情况下,当上臂的两种单模光纤长度分别为8.16 m和2.16 m、下臂的单模光纤长度为8.16 m时,获得半峰全宽为27.85 fs、峰值功率为1860.59 W、基座能量比例为10.241%的最佳压缩脉冲;考虑高阶色散时,脉冲在单模光纤中传输呈现出峰值功率增大、基座增大的现象,且脉冲右移不利于输出基座较小的压缩脉冲;当3阶色散系数小于0.001 ps³/km时,利用Mach-Zehnder干涉仪来压缩能获得质量较好的飞秒脉冲。该研究结果对于自相似脉冲的压缩研究具有一定的参考价值。     

马赫-曾德尔分布式光纤周界防范系统定位算法研究

基于光纤马赫-曾德尔(M-Z)干涉技术对周界防范系统进行了研究设计。采用改进的双光纤M-Z干涉相位检测技术与互相关算法相结合的方案进行信号提取。详细介绍了互相关算法在系统定位方面的应用,并通过实验证实其可行性。对两路经过不同延时的相同信号进行互相关运算,通过峰值位置可准确得到延时时间差。系统的定位精度与采样频率有直接关系,在采样率为20MHz时,理论上的定位精度可达10.22m。提出了一种分段数据处理方法,该方法可以在保证高采样率带来的高定位精度的基础上降低算法的运算量。实验结果表明,运算速度比传统方法提高约8倍。     

利用光纤马赫曾德尔干涉仪实现的光学双稳性研究

以光纤马赫曾德尔干涉仪作为光强度调制器件,通过光纤耦合器构造光电反馈回路搭建了一种新型电光混合型光学双稳装置。对光学双稳原理进行了研究分析,用图解法形象地解释了双稳工作原理,并且通过在实验中改变该器件的输入光强实现了光学双稳态,得到的光学双稳现象显著,双稳工作状态稳定。该器件有诸多重要应用,如工作在稳态区域时可用做光纤激光功率稳定器,工作在开关区域时可用作光开光、光路由器。     

基于双锥形光子晶体光纤的折射率传感器

设计了一种基于光子晶体光纤的双锥形马赫-曾德尔干涉仪,并对其折射率传感特性进行了研究。在FDTD Solutions光学仿真平台中建立了干涉仪结构模型,研究了该结构的透射光谱对环境折射率的响应。仿真结果表明,透射光谱随环境折射率的增加发生红移,灵敏度为95.906nm/RIU。利用熔接与拉锥工艺制备了干涉仪样品,搭建了实验系统,在不同浓度甘油溶液中对其透射谱进行了检测,实验结果表明,折射率在1.3222~1.3538范围内,透射谱偏移灵敏度为121.95nm/RIU。该传感器具有体积小、重量轻、易于制备、灵敏度高等优点,适用于生化和物理传感领域。     

基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的应变传感器

研究了基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的光纤应变传感器,通过将一根细芯光纤熔接在两根单模光纤(SMF)之间,构成了一种光纤内干涉的马赫曾德尔干涉仪。当单模光纤中的光耦合进细芯光纤时,一部分光耦合进细芯光纤纤芯作为芯模传输,另一部分光耦合进细芯光纤包层中激发出包层模沿包层传输,当芯模和包层模再耦合进单模光纤时发生干涉。当应变作用在细芯光纤上时,干涉条纹发生漂移。通过解调干涉条纹对应变的漂移量实现应变测量,在0~2000 με的测量范围下,测得的应变灵敏度为-1.83 pm/με,并且实验结果与理论分析有很好的一致性。该传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高等优点。     

布里渊光时域分析仪与马赫-曾德尔干涉仪共同检测传感技术

布里渊分布式光纤传感器适用于测量静态的温度/应力,而马赫-曾德尔干涉仪分布式光纤传感器(DOFS)可测量动态的应变变化。许多应用场合需要静态和动态的传感信息,这是单机理分布式光纤传感器难以达到的。由于布里渊光时域分析仪(BOTDA)和马赫-曾德尔干涉传感器都采用双向环路传感光纤结构,通过共用光源和主要光器件,将布里渊光时域分析仪和马赫-曾德尔干涉传感器相结合。利用布里渊传感测温度,马赫-曾德尔传感器测振动,从而可实现多机理多参量传感。搭建了25 km传感实验系统,对于马赫-曾德尔振动传感,定位精度达到60 m,并可计算振动频率;对于布里渊传感,在没有振动时传感光纤的始端和末端都为2 ℃的测量精度,但在振动时得到始端为3 ℃、末端为4 ℃的测量精度。     

级联非平衡Mach—Zehnder干涉仪型复用器特性分析

本文分析了非平衡马赫－曾德干涉仪的特性,设计和讨论了多级级联非平衡马赫－曾德干涉仪型密集波分复用／解复用器,对其光谱特性、信道谱宽和隔离度进行了模拟分析,结果表明利用光纤光栅来提高信道隔离度的结构可以满足系统需要。这种结构复用／解复用器可用于至少16路或32路的密集波分复用系统中。     

基于马赫-曾德干涉仪的傅里叶变换光谱仪

傅里叶变换光谱仪现已广泛应用于红外光谱学领域,它也是较为适合对大气温度、湿度、风场以及大气成分进行天基垂直探测的一种遥感仪器。提出了一种基于马赫-曾德干涉仪的傅里叶变换光谱仪。马赫-曾德干涉仪的一组反射镜作匀速直线运动,线性改变两个光学臂之间的光程差,然后平衡探测器对两路干涉信号进行差分检测。通过对光程差线性变化的电信号进行傅里叶变换,可以获得输入光的光谱分布曲线。与迈克尔逊干涉仪相比,马赫-曾德干涉仪在同样光通量输入条件下得到的干涉信号更强,且由非相干强度带来的噪声更小。该结果对于卫星遥感来说十分有利。     

基于3×3耦合器的马赫-曾德尔干涉仪的光纤光栅波长解调技术

介绍了一种基于3×3和2×2光纤耦合器构成的非平衡马赫-曾德尔干涉仪的波长解调方案。理论分析和数据对比表明,相对于由两个2×2光纤耦合器构成的马赫-曾德尔干涉仪,本干涉仪具有宽谱的灵敏度、能跟踪波长的变化方向和相位展开的优点。实验方案用于测量固定在悬臂梁上的传感光纤布拉格光栅(FBG)的峰值波长变化,获得了±1 pm的静态波长解调精度,在10 Hz处的动态分辨率为27 n/εHz。相位展开算法使得应变测量范围达到了2014με,对应的相位变化为3.22π。     

基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器

提出并研究了基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器。扰动作用在传感光纤上引起传输光波相位的变化,可以通过Sagnac干涉仪进行检测。所提出的光纤传感器包括三个Sagnac干涉仪,它们共用一个宽带光源(BBS),并通过两个光电探测器(PD)检测干涉信号。由于宽谱光源的相干长度很短,因此只有经历相同路径的两束光会发生干涉,这样的路径存在三条。其中一个光电探测器检测有着相同环路长度的两个Sagnac干涉仪的信号之和,另一个光电探测器检测由法拉第旋光镜和传感光纤组成的干涉仪中的干涉光强。通过对探测器接收到的信号进行数学运算可以对扰动进行定位。实验结果表明,所提出的传感器可以检测并定位扰动。10次实验的最大定位误差为370 m,平均定位误差为270 m。