光纤光栅传感器交叉敏感问题研究

交叉敏感问题是光纤光栅传感器在实际应用中需面对的一个关键问题。从光纤Bragg光栅的传感理论出发,分析了光纤光栅在同时测量应变和温度时引起交叉敏感的物理机理,建立了带有温度-应变交叉灵敏度系数的光纤Bragg光栅反射波长方程。利用双波长矩阵算法针对上述建立的光纤光栅方程进行了误差分析,获取了在交叉敏感情况下温度和应变的相对误差曲线图。结合相对误差表达式和曲线图分析讨论了交叉敏感对测量带来的影响。结果表明在温度和应力测量中随着测量温度或者应变变化量的增大,忽略交叉敏感项而带来的测量误差越来越明显。

基于气体特征吸收谱线的电缆光纤光栅温度监测系统

基于电力电缆温度在线监测的需求,设计了一种精度高、稳定性好的光纤光栅温度传感器,光栅的波长漂移与温度成线性关系,结合F-P可调滤波器和LabVIEW软件平台搭建光纤光栅温度在线监测系统,系统采用C2H2气体吸收谱作为F-P可调滤波器的实时校正波长,温度传感器的波长解调不受外界温度和压力等环境的影响,通过插值拟合算法实现光纤光栅中心波长的高精度解调,精度可达±5 pm,即测量温度精度为±0.2℃。

光纤陀螺在转台测试中的应用

光纤陀螺是一种速率陀螺,其适合用来对转台作低速测试。根据转台所用编码器的参数,分析了转台不同角速率下光纤陀螺所需的数据刷新率及陀螺零偏稳定性对测量结果的影响。用光纤陀螺测量了转台以1°/s角速率转动时的角速率波动,对陀螺输出数据作了功率谱分析,并与示波器直接测量的结果进行了对比,结果表明光纤陀螺的测量结果是正确的;应用光纤陀螺对转台以(0.05/°s,1°/s)范围内固定角速率转动时的角速率波动进行了测量,通过对测量结果的分析表明:光纤陀螺可以用于转台的测试,它能测量出转台低速转动时的角速率波动;最后给出了光纤陀螺对转台角速率测试的下限。

关于镀有LB膜长周期光纤光栅的谐振波长的研究

理论上详细分析了长周期光纤光栅谐振波长随外界环境折射率变化而变化的光谱特性,分析结果可较好地解释镀有LB膜(Langmuir-Blodgettthin-film)的长周期光纤光栅的谐振波长与膜厚之间的关系。分析研究表明,通过减小纤芯直径和改变芯与包层折射率差等方法可调整光纤光栅的谐振波长,使其从一般光纤光栅谐振波长所处的近红外区转到可见光区,以利于光纤光栅配套仪器系统的调试并使系统成本降低,从而为长周期光纤光栅传感技术的发展和应用奠定基础。

基于光纤导光的数字全息微形变测量系统

建立基于光纤导光的数字全息干涉微形变测量系统,首先,利用1×2单模光纤耦合器将激光源输出光分为照明光和参考光,实现光路结构简单、紧凑和稳定性好;然后,通过短焦距和长焦距准直透镜分别对照明光和参考光进行准直扩束,使得参物光强度接近1∶1,从而获得高信噪比的数字全息图。利用基于数字全息的双曝光方法对钢板的波长量级微形变进行实验测量。通过全息记录、再现及相位解包裹得到高精度的测量结果。实验结果表明,建立的基于光纤导光的数字全息微形变测量系统具有光路简单、稳定性好等特点,而且测量精度高。

基于NOLM的二元信号功率均衡器研究

为了全光处理具有固定功率差异光信号,本文在详细分析非线性光纤环形镜(NOLM)受不同泵浦作用时输出特点的基础上,设计了将二元功率光信号进行幅度直接均衡的方案。利用光子学仿真软件进行了数值实验,结果显示二元信号经幅度均衡后的输出功率由均衡器输出级探测波功率直接确定,输出脉冲无波长改变,且幅度抖动小。输出脉冲无基座表明该方案同时具有消除脉冲基座的能力,可用于全光信号处理中消除噪声和NOLM内光纤色散的影响。

长周期光纤光栅耦合模理论分析

长周期光纤光栅作为透射型光无源器件,以其在通信和传感领域具有广阔应用前景而引起人们的关注。要得到满足性能要求的光纤光栅,对其透射谱的分析是基础。通过耦合模方程确定了基模和一阶各次包层模之间的耦合常数。在设定的光纤光栅参数条件下,通过Matlab进行模拟得到了最终需要的长周期光纤光栅透射谱,并由此得出:长周期光纤光栅谐振波长出现的位置主要由光栅的周期决定,损耗大小可以通过调节光栅长度和折射率来实现。

温度对不同孔形液晶光子晶体光纤的传输特性研究

提出一种可填充E7型液晶的不同孔形光子晶体光纤。基于现有Comsol Muhiphysics软件对不同温度时的光子晶体光纤在同一波长传输特性的影响,从而实现温度变化对填充液晶的不同孔形光子晶体光纤的模场特性规律,得出基膜有效折射率、数值孔径随温度变化快的圆形空气孔是表现光子晶体光纤传输特性的最佳孔形。分析波导色散随入射波长变化的影响,为更好地调制光子晶体光纤器件提供理论依据。

基于波长敏感的耦合器动态增益平坦L波段EDFA理论与实验

掺铒光纤放大器(EDFA)的增益平坦化是波分复用(WDM)系统的重要问题,文章通过理论和实验提出一种新型的增益平坦滤波器,即一种耦合比随波长变化的耦合器与偏振控制器(PC)构成光纤环形镜,调节光纤环形镜内的PC的状态,从而改变光纤环形镜的反射谱线的位置和深度,使其匹配EDFA的增益谱,实现对L波段EDFA增益平坦,实验结论得出,平坦后的光谱在1562nm^1605nm带宽内增益平坦度为±0.7d B。

基于LabVIEW的光纤布拉格光栅动态解调系统

为了实现光纤光栅动态解调的目的,采用了一种基于长周期光栅(LPFG)边缘滤波特性解调光纤布拉格光栅(FBG)的动态应变检测系统。将FBG作为传感元件,利用长周期光栅边缘滤波特性对光强调制,经光电转换获得电压信号,通过高速数据采集卡与LabVIEW软件设计结合由计算机采集。进行了振动实验,采集信号的时域波形图并进行频谱分析。试验结果表明该系统具有良好的动态响应特性,可实现2.5kHz以内的动态应变监测。

光纤陀螺用掺铒超荧光光纤光源输出特性研究

介绍了掺铒超荧光光纤光源（SFS）的基本原理和SFS各种基本结构的特点。结合实际应用选择了单程后向（SPB）SFS作为光纤陀螺用光源。理论分析了影响单程后向掺铒超荧光光纤光源输出特性的各种因素。通过实验分析了铒纤长度对单程后向掺铒光纤光源泵浦效率和输出光谱的影响，特别是对中心波长稳定性的影响，对于单程后向结构掺铒光纤光源来说，铒纤长度有一个最佳值。演示了铒纤在选择最佳长度的情况下，泵浦功率对输出谱型的影响。通过实验分析了-40℃～60℃之间光源输出光谱和输出光功率的温度稳定性。最终得到了适用于惯导级光纤陀螺的光源。

光纤Bragg光栅非线性开关动态特性研究

基于光纤Bragg光栅中脉冲演变遵循的非线性耦合模方程,数值分析了光纤Bragg光栅在禁带附近由非线性光学特性导致的Bragg波长偏移。仿真结果表明:随着输入信号功率的增大,光栅的布拉格波长向长波方向移动,反射峰值下降,反射带宽变窄。进一步研究了基于此效应的全光自开关特性,结果表明:此开关的稳定时间短,并且输出脉冲形状保持良好。因此,这种具有高非线性系数的光纤光栅实现的全光开关在全光信号处理方面具有广泛的应用前景。

陀螺仪对激光导引头跟踪精度影响研究及改进

根据陀螺激光导引头有源欺骗式干扰试验效果,分析了陀螺仪系统振动对导引头跟踪精度的影响,并对产生机械振动的原因进行了深入研究。提出了陀螺仪系统减振控制设计方案,通过试验验证了该方案的有效性,从而提高了导引头的跟踪精度。

铒纤长度对单程掺铒光源输出特性的影响

分析铒纤长度对掺铒光源输出特性的影响对于光源的优化设计有重要意义。实验分析了铒纤长度对单程前向和后向掺铒光纤光源(SFS)输出特性的影响。分析了铒纤长度与单程SFS输出光功率的关系,以及铒纤长度对单程SFS输出光谱宽度及中心波长的影响。找到了最佳铒纤长度的范围,对单程掺铒光纤光源的器件选择及性能优化有重要的参考价值。

基于熔融拉锥法的MZI型梳状滤波器研究

全光纤型的梳状滤波器(Interleaver)由于其优异的特性使之成为交叉复用技术的首选,而最简单的制作方法是通过熔融拉锥工艺制作M-Z干涉仪(MZI)型的Interleaver。但是其光谱形状的顶端平坦、隔离度和温漂等特性是该器件实用化必须解决的问题。从器件的实用角度出发,研究波分复用器件中M-Z干涉仪的制作方法、原理及应用现状和存在的问题。同时针对存在的问题介绍了几种新颖的改进结构以及其输出光谱特性,这些设计无疑对Interleaver的成熟商用起着极大的推动作用。

基于变电站沉降监测的光纤光栅传感器

根据光纤布拉格光栅传感器具有抗干扰强、高灵敏度和工作寿命长等优良的物理特性,针对变电站沉降变形监测工程中存在的耗费大量人力、工作环境恶劣、积累时间长等突出问题,设计了新型光纤光栅沉降位移传感器,其沉降测量量程最大为300 mm,灵敏度为17.8 pm/mm,沉降位移分辨率为0.784 93 mm。与传统的沉降传感器相比,在测量灵敏度、分辨率和沉降量测量范围上有了极大的提高。综合实验结果,该传感器能实现对变电站地基和电气设备进行大范围、高灵敏度、高分辨率地沉降监测。

基于嵌入式的高精度温度传感系统设计

针对传统分布式光纤温度传感系统测温精度较低、稳定性较弱的弊端,设计基于TEC的嵌入式的高精度温度传感系统。设计系统的总体架构,其由温度传感主板与温度传感子板构成。用DS18B20温度传感器采集温度信号,设计该温度传感器的结构并设计基于LED的温度显示模块,向用户实时呈现温度结果。系统边缘滤波解调模块由光路以及电路构成,通过光路弥补光和温度变化导致测温误差高的弊端,确保温度测量结果更加精确。系统软件部分详细分析了系统温度传感器的解调方法,基于温度传感器中光纤的布里渊散射与瑞利散射强度受到来自噪声与系统温漂的影响,通过计算多个分段温度的平均值获取准确的温度测量结果。实验结果表明,设计的系统在测温精度和稳定性方面具有显著优势。

双包层光子晶体光纤特性研究

通过对比双包层光子晶体光纤与聚合物双包层光纤的结构特性以及泵浦方法,得出双包层光子晶体光纤(DC-PCF)可以产生比聚合物双包层光纤大得多的数值孔径,但需要侧面泵浦和利用锥形多模光纤连接的PC-DCF不适合构建放大器的结论。研究表明,光子晶体光纤所具有的大数值孔径能有效地减少高功率放大器中的非线性光学效应。

光纤布拉格光栅传感器优化方法研究

光纤布拉格光栅传感器(FBGS)是光纤传感器的一种,可以实现对温度、应变等物理量的直接测量,但存在精度和反射功率低及交叉敏感等问题。提出一种新的算法,该算法基于传感器系统及Matlab工具,使用新的流程表达式对传递矩阵法(TMM)和耦合模式理论(CMT)进行编程,其主要目的是寻求更高的反射功率及精度。结果表明,所提出的算法可有效优化FBGS窗口轮廓,有助于获得更好的结果。

影响波分复用器信道间隔的制作条件研究

近年来随着光纤的问世,光网络也慢慢被广泛的应用,这使得波分复用技术的应用及其制作工艺显得尤为重要。目前熔锥型波分复用器的制作工艺已被广泛应用于生产中,但由于对其制作条件研究比较单一,造成生产上成品率不高。在此通过用熔融拉锥法制作1×2波分复用器时,分别在不改变其他参数的情况下采用不同制作周期,不同氢气流量和不同拉锥速度,并发现这些制作条件会对波分复用器信道间隔造成一定影响,同时利用的热力学中的有效加热时间和激活能对出现的现象及结果进行了解释。