高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅传感器的特性研究

报道了一种用高频CO2 激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅 (LPFG) .发现该LPFG具有独特的应变、温度、弯曲、扭曲和横向负载特性 .分析表明这些特性与单侧CO2 激光加热导致光栅横截面折射率分布不均匀有关 .基于这些独特的特性提出了几种新型的LPFG传感器 :1)能彻底解决弯曲与其他参量之间交叉敏感问题的弯曲不敏感的传感器 ;2 )不仅能绝对测量扭曲率而且能判断扭曲方向的扭曲传感器 ;3 )单个LPFG实现温度和横向负载同时测量的传感器 .这些新型的传感器具有方法简单易行、体积小、能埋入智能材料的优点 ,可实现对工程结构的实时监测 ,具有广泛的应用前景     

基于超长周期光纤光栅的高灵敏度扭曲传感器

利用高频CO₂激光脉冲写入的周期达数毫米的超长周期光纤光栅(ULPFG)，实验研究了这种新型ULPFG的扭曲特性，发现它的某些高阶谐振波长漂移与扭曲率之间具有良好的线性关系和方向相关性，其灵敏度可达0.2244nm/(rad/m)，是高频CO₂激光脉冲写入法写入的普通LPFG扭曲灵敏度的4倍.初步的理论分析表明，新型ULPFG横截面折变的非对称性以及导模与高阶包层模之间发生的耦合使得扭曲具有方向相关性和很高的灵敏度.基于这种ULPFG独特的扭曲特性，设计了一种可 关键词： 光纤传感 光纤光栅 2激光')" href="#">CO₂激光 扭曲测量 双折射     

温度/应变/扭曲三参量同时测量低成本传感系统

提出了一种利用布喇格光纤光栅反射光作信号源、高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅和超周期光纤光栅作传感器实现温度、应变和扭曲同时测量的全光栅型低成本强度解调传感方案.文中利用长周期光纤光栅边缘滤波效应实现了温度、应变和扭曲传感信号的实时解调.实验结果表明,其温度和应变的测量灵敏度分别为－0.211 dB/℃和－0.012 dB/10με;而扭曲率的测量灵敏度为0.4394 dB/(rad·m－1),是该法写入普通LPFG的4倍以上.     

高频CO2激光脉冲写入超长周期光纤光栅特性研究

分析了高频CO₂激光脉冲写入的周期达数毫米的超长周期光纤光栅(ULPFG)的模式耦合特性，并在此基础上，简单分析了这种折射率变化主要在光纤包层，且沿光纤横截面呈非对称分布的ULPFG所具有的温度、应变、扭曲及环境折射率响应特性，并在文末做了实验验证，实验结果表明该ULPFG不同谐振峰具有不同的特性响应灵敏度，这与理论分析符合得较好.这些独特的光学特性将使得这种光纤光栅在光纤通信和光纤传感中具有应用价值. 关键词： 光纤传感 光纤光栅 2激光')" href="#">CO₂激光 超长周期光纤光栅     

腐蚀后的新型长周期光纤光栅特性研究

报道了高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅的腐蚀特性,即LPFG的谐振波长随腐蚀时间的变化线性地向长波方向漂移,而其谐振峰幅值变化却很小.首次对腐蚀后的长周期光纤光栅的基础特性进行了研究,发现其温度、应变、扭曲特性都未发生改变,而弯曲灵敏度比未腐蚀时的要小.从而得出了可用腐蚀来调整长周期光纤光栅谐振波长而不改变其特性的结论.     

对弯曲不敏感的长周期光纤光栅传感器

发现了用高频CO₂激光写入的长周期光纤光栅的谐振波长对弯曲灵敏度在圆周的不同方向上呈现周期性,且在两个特定的对称方向上对弯曲不敏感(即弯曲曲率达到1.1m^-1,谐振波长仅漂移-0.018nm).据此提出新型对弯曲不敏感的传感器和可调灵敏度弯曲传感器的设计方案,可望从根本上解决长周期光纤光栅在测量中存在的温度、应变或折射率与弯曲之间的交叉敏感问题.     

基于扭曲长周期光纤光栅的高灵敏度压力传感器

研究了高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅在扭曲状态下的横向负载特性.发现扭曲降低了光纤光栅谐振波长横向负载灵敏度的方向相关性,使得这种光栅在各圆周方向上谐振波长对横向负载都不敏感,而谐振峰幅度随横向负载的增加线性减小,且谐振峰幅度的负载灵敏度随扭曲率的增加而提高.在扭曲率为1.8°mm－1时负载灵敏度可达0.47 dB/(g·mm－1),是自由状态长周期光纤光栅横向负载灵敏度的7倍,最后给出了利用这种扭曲长周期光纤光栅通过强度解调实现压力传感的实验研究结果.     

CO2激光写入长周期光纤光栅的折变理论及实验研究

理论分析了利用高频CO₂激光脉冲在不同类型光纤中写入长周期光纤光栅（LPFG）时光纤包层和纤芯发生折射率改变的机理和计算方法.结果表明,残余应力释放、快速固化、光纤致密化和熔融变形是高频CO₂激光能成栅的主要原因,但采用不同的写入方法、不同的激光写入能量在不同的光纤类型上制作光栅时各种机理的重要性不同.利用长周期光纤光栅对构成的M-Z干涉仪实验测量了高频CO₂激光以不同辐射能量在光纤不同作用位置所引起的光纤纤芯或包层的折射率平均变化量,并通过实际制作光栅的过程来初步验证光纤折射率的变化情况.CO₂激光与光纤相互作用机理的分析和实验研究为利用这种方法制作折变型全光纤器件提供了实验制作的基础和完善工艺的方法. 关键词： 光纤器件 长周期光纤光栅 2激光脉冲')" href="#">CO₂激光脉冲 折变     

基于包层旋转折变型光纤光栅的动态增益均衡器

提出并利用高频CO₂激光脉冲在普通单模通信光纤上写出了包层旋转折变型长周期光纤光栅(R-LPFG). 在分析R-LPFG波导结构和双折射特性的基础上，对光栅周期数和折变旋转度分别为50和7.2°/周期的R-LPFG进行了实验研究.结果表明，这种类型的光栅可极大地降低其谐振波长对横向负荷不同作用方向所表现出的方向相关性，并且其谐振峰幅度横向负荷灵敏度在任意方向下均高达0.37dB/(g·mm^-1) ，是普通LPFG横向负荷灵敏度的9倍左右.利用R-LPFG的温度线性响应特性和独特的横向负荷特性，设计并实验研究了一种动态增益均衡器，用其平坦掺铒光纤放大器增益谱，在C波段32nm范围内，其平坦度小于±0.5dB，可满足实际环境对通信系统的平坦应用要求. 关键词： 光纤通信技术 长周期光纤光栅 动态增益均衡 旋转折变     

基于新型长周期光纤光栅的动态横向负荷传感器

首次发现高频CO₂激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG)具有很好的动态横向负荷响应特性——谐振峰幅值随横向负荷线性变化,其变化频率与横向负荷的变化频率完全相同根据这种动态横向负荷响应特性,提出了一套动态横向负荷传感器设计方案,用窄带光源作为输入,基于LPFG的滤波原理,测量光电探测器的输出就可以获得动态横向负荷该方法仅需对LPFG的谐振峰幅值进行测量,方便简捷,实时性好.     

Bend-insensitive long-period fiber grating sensors

A novel bend-insensitive long-period fiber grating (LPFG) sensor written using focused CO₂ laser pulses is demonstrated, for the first time, to our knowledge. It is found that the central wavelength shift of such a LPFG is only −0.018 nm even for a curvature of 1.1 m⁻¹ at the most bend-insensitive position of the LPFG. Experimental results show that the bend sensitivity of the central wavelength of the LPFG has a periodic distribution along its circular directions. Such a bend-insensitive sensor could be used to solve the problem of cross-sensitivity between bend and other measurands, such as temperature, strain or refractive index, which is an unsolved problem for LPFG sensors in practice. In addition, the bend sensitivity of the LPFG can be adjusted by selecting its circular positions.     

Highly sensitive fiber-optic torsion sensor based on an ultra-long-period fiber grating

A high sensitivity fiber-optic torsion sensor, which can measure twist rate and determine twist direction simultaneously based on a novel ultra-long-period fiber grating (ULPFG) with a period of up to several millimeters, is proposed and demonstrated. Such an ULPFG is fabricated by using the high-frequency CO₂ Laser pulses exposure technique. The unique torsion characteristics of the ULPFG are simply analyzed by using the mode coupling theory and the birefringence effect. The experimental results show that the high order resonant wavelengths of the ULPFG have higher torsion sensitivities, which is several times higher than that of the normal LPFG. In addition, an intensity-type demodulation approach used to realize real-time torsion measurement is proposed and demonstrated based on the edge filtering effect of the ULPFG.     

长周期光纤光栅扭曲传感器

发现用高频CO2激光写入的长周期光纤光栅的谐振波长会随光栅扭曲而线性变化。当顺时针扭曲时，谐振波长向长波方向漂移；逆时针扭曲时，谐振波长向短波方向漂移。该新型扭曲传感器不但能实现对扭曲率的直接测量，而且能判断扭曲方向，因此具有广泛的应用前景。     

Unique temperature sensing characteristics of CO2-laser-notched long-period fiber gratings

Long-period fiber gratings (LPFGs) are written by use of a focused CO₂ laser beam to notch periodically on the surface of optical fibers. Temperature characteristics of the CO₂-laser-notched LPFG are investigated in detailed to develop its sensing applications. It is shown that, for such LPFG, temperature sensitivity of resonant wavelength can be increased by creating deeper notches. The coupling from the fundamental core mode to a cladding mode in the LPFG can be enhanced by increasing the ambient temperature. The polarization-dependent loss (PDL) of the LPFG depends strongly on the ambient temperature. Such unique temperature characteristics can be used to solve the cross-sensitivity problem between the temperature and the tensile strain. So, the LPFG is a promising temperature sensor based on the wavelength modulation, on the intensity modulation and/or on the PDL modulation.     

基于新型长周期光纤光栅的掺铒光纤放大器

报道了基于高频CO₂激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅的低噪音掺铒光纤放大器,这种新型长周期光纤光栅是用大约几千Hz的高频CO₂激光脉冲对光纤玻璃热冲击作用而形成的.在铒纤中插入一个长周期光纤光栅,会明显减少掺铒光纤放大器的放大自发辐射(ASE)噪音.报道了两种低噪音掺铒光纤放大器,作为前置放大器和线路放大器,它们的ASE噪音指数分别从4.0 dB减少到3.5 dB和从4.8 dB减少到4.3 dB,并且在作为线放时,其小信号增益从30 dB提高到37 dB,降噪及提高增益效应十分显著.     

CO2激光写入旋转折变型长周期光纤光栅的制作及理论分析

提出了一种光纤横截面折射率变化呈旋转非对称变化的长周期光纤光栅（R-LPFG） 结构,并利用多层圆波导理论和横截面折射率离散分析方法,结合模式耦合方程组和数值求解方法理论分析了这种光栅的模式耦合特征.理论分析表明R-LPFG纤芯基模主要与一阶非对称包层模发生耦合,当光栅旋转度逐渐变大时,R-LPFG基模会与一阶非对称包层模的奇模和偶模同时发生耦合,这就会使原来单一的谐振峰逐渐分裂成双峰,这是常规光栅类型所不具有的透射谱特征.由于R-LPFG的双峰来自同一对耦合模式,它们对温度的响应很相似,因此可利用双峰间 关键词： 光纤传感 光纤光栅 2激光')" href="#">CO₂激光 旋转折变