长周期光纤光栅(LPG)均衡滤波器在光纤放大器中的应用

根据耦合模理论 ,给出了两级关联和非关联长周期光纤光栅的透射率表达式 ,从而指出在进行LPG均衡滤波器设计时 ,应采用非关联的光栅 ,可以构成灵活多变的透射谱 ,非常适合光纤放大器的不同增益谱对均衡滤波器传输特性 (透射谱 )的不同要求。以此为基础 ,设计和模拟计算了 LPG均衡光纤宽带放大器的增益及噪声谱。结果表明 。

基于双峰谐振长周期光纤光栅的海水盐度传感器

为研制高灵敏海水盐度传感器,本文基于CO_(2)激光技术成功制备出一种工作在色散转折点(DTP)附近的长周期光纤光栅(LPFG)。首先,利用CO_(2)激光器在80μm细单模光纤上制备出工作在DTP附近的LPFG,证明了采用CO_(2)激光微加工技术制备较短周期LPFG的可能性。其次,通过调控CO_(2)激光器的制备周期,使高阶包层模式LP_(1,9)工作在DTP附近,从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。在双峰谐振增敏效应的作用下,当海水盐度从5.001‰变化到39.996‰时,光栅周期为115.4μm的双峰谐振LPFG平均灵敏度高达0.279 nm/‰。研究结果表明,本文制备的LPFG海水盐度传感器具有谐振损耗大和灵敏度高的优点,其在海水盐度监测领域具有较好的应用前景。

基于球形长周期光纤光栅的宽动态范围位移传感器实验研究

[目的]针对光纤位移传感器动态范围窄的问题,设计一种结构简单、易于制备的气球形长周期光纤光栅(LPFG)位移传感器。[方法]采用RSOFT软件进行仿真与优化,得到光纤在不同曲率下的光谱形态,以此来确定测量区间。通过将多模光纤周期性嵌入单模光纤形成的气球形长周期光纤光栅(MMF-BLPFG),提供用于测量位移的参考峰。使用精密的连续切割装置作为实验基础,制备与仿真结果一致的实验样品进行测试。[结果]通过测量2个谐振峰的漂移,实现了36 mm的最大位移测量范围。[结论]该研究成果在舰船水下疏水空间管系的稳定性测量和连续监测等需要大规模测量的场景中具有良好的应用潜力。

结构调制型长周期光纤光栅温度传感器研究

燃油系统的温度监测对于飞行器的安全、性能和可靠性至关重要。本文提出并测试了一种基于激光蚀刻法在保偏光纤上制备的长周期光纤光栅温度传感器,有望用于飞机内部液体温度监测。通过解调该种光纤光栅谐振峰的波长变化,可以实现对环境温度的精准测量。试验结果表明,该传感器具有83.1pm/℃的温度灵敏度和0.32 pm/με的低应变响应。由于光纤具有耐腐蚀、抗电磁干扰,不易产生电火花等特性,在替代电学传感器使用时可以提升飞行器的安全性。

基于长周期光纤光栅的可变体机翼翼表温度测试系统研究

为实现可变体机翼翼表温度的高精度的实时检测,设计了一种基于长周期光纤光栅(LPG)的温度测试系统。该系统采用长周期光纤光栅作为温度传感元件,高双折射光纤环镜作为边缘滤波器件。在边缘滤波理论研究的基础上,提出了一种降噪增敏的算法。实验中将LPG粘贴在可变体机翼翼表材料的表面,当外界温度发生变化时,LPG的谐振波长发生偏移,经光纤环镜的调制后出射光强发生变化。实验结果表明,长周期光纤光栅温度灵敏度为0.053nm/℃,系统线性度为0.9997,温度分辨率为0.05℃,该系统具有较高的温度灵敏度和分辨率,能够较好地实现可变体机翼翼表温度实时检测。

膜层厚度对长周期光纤光栅谐振波长的影响

基于三包层长周期光纤光栅的模型及其色散方程,研究了镀膜长周期光纤光栅的膜层厚度对长周期光纤光栅谐振波长的影响。研究发现,当膜层厚度达到一定值后,包层模式中有效折射率最大(也即包层模式最低的模式)的模式将会消失,这些模式的消失将会导致其后的模式往前移位,从而引起模式重组并导致相应的有效折射率发生跳跃。与有效折射率的变化相对应,随着膜层厚度的增加,包层模式的谐振波长的漂移特性可以分为3个区域,在区域一和区域三,膜层厚度的变化引起的谐振波长的变化较小,而在区域二,谐振波长对膜层厚度极为敏感,厚度的小小变化既可引起谐振波长的较大漂移,在这个区域存在一个最优厚度(opti-mum overlay thickness,OOT),当膜层厚度等于最优厚度时,谐振波长对厚度的变化极度敏感。

长周期光纤光栅生物膜传感器

介绍了一种可测量生物膜层厚度的长周期光纤光栅(LPG)传感器,其原理是在光纤包层(折射率为n2)外涂上特殊的生物活性膜层(折射率为n3),在n3≥n2的条件下,生物膜层厚度的变化将引起LPG谐振波长的改变,通过测量LPG谐振波长的移动量就能得到生物膜层厚度的变化量。该传感器主要用于确定血液里是否存在抗原,用抗体作为生物活性膜层,当测到的谐振波长发生了位移,就可以推知抗体和抗原发生了反应,说明血液中存在抗原。硅化膜的折射率和抗原、抗体物质的折射率非常接近,可作为成膜基底材料,基底膜层厚度可选择在120 nm左右。谐振波长的解调采用可调谐F-P腔干涉解调,结构简单,体积小,易于实用化。

应用800nm飞秒激光制备长周期光纤光栅

利用800nm钛蓝宝石飞秒激光器制备了长周期光纤光栅,并实验验证了长周期光纤光栅的高温特性。基于摄像头和电动位移平台设计了激光精确对准光纤纤芯的方案;以计算机控制1.3mW飞秒激光,使用逐点曝光法在未经载氢处理的光纤上刻写了长周期光纤光栅,实验显示该光栅在1 200～1 700nm波段的主谐振峰值可达-17dB。利用高温箱对长周期光纤光栅进行高温传感特性实验,在300～800℃得到的主谐振峰温度响应灵敏度为0.056nm/℃,线性度为0.992。实验结果表明,提出的以800nm钛蓝宝石飞秒激光器制备长周期光纤光栅的方法稳定可靠,写制的光栅在高温环境下变化均匀,不易退化,响应特性良好,适用于高温检测。

长周期光纤光栅:原理、制备与应用

较全面介绍了长周期光纤光栅。对比Bragg光纤光栅说明了长周期光纤光栅的特点。对其耦合机理进行了分析 ,阐明了波长选择损耗特性。介绍了长周期光纤光栅的制备方法 ,大致分之为基于非形变的制备方法和基于形变的制备方法。详细阐述其在通信、传感领域的应用 ,尤其是新型应用 :带通滤波、光上下路复用、光纤光源、偏振器件、新型传感等。并针对长周期光纤光栅对温度、应力、外部折射率敏感的特性 。

长周期光纤光栅折射率传感器的结构优化

为了提高长周期光纤光栅对环境介质折射率的传感灵敏度,提出一种长周期光纤光栅的周期和包层半径的结构优化.基于长周期光纤光栅的耦合模理论,分析了长周期光纤光栅的周期和包层半径的大小分别与环境介质折射率传感灵敏度的关系,讨论了长周期光纤光栅的周期和包层半径对折射率传感的影响以及控制光栅周期与包层半径对折射率传感的重要性.为使优化的长周期光纤光栅具有实用性,谐振波长设计在1.55μm的常规波长范围,经过多次摸拟实验,提出最佳优化参量为:Λ=380μm,rcl=17μm,对环境介质折射率从1.26～1.38不同值的实验测试,折射率传感灵敏度达到0.000 12,长周期光纤光栅的结构优化获得理想的预期效果.

长周期光纤光栅温度传感器应变交叉敏感的研究

长周期光纤光栅是透射谱光栅,纤芯基模与同向各阶包层模发生耦合,谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感,比传统布拉格光纤光栅具有更好的温度、应力、弯曲、扭曲、横向载荷、折射率等的传感特性。由于长周期光纤光栅对两个或者多个参量都是敏感的,当光纤光栅用于传感测量时,很难分辨出各个参量分别引起的被测量的变化,交叉敏感问题比布拉格光纤光栅严重的多。交叉敏感是光纤光栅传感中的关键问题。分析了目前较为典型的解决策略和方案,在此基础上提出了联系的思想和解决方案,提出并实验验证了一种解决长周期光纤光栅温度传感测量中应力与温度的交叉敏感问题。充分利用了LPFG温度与应变交叉敏感的现象,利用联系的思想,将应变对温度的负面干扰转变为正面的增敏。

长周期光纤光栅温度特性的理论与实验研究

利用模式耦合理论,对长周期光纤光栅透射谱谐振波长的温度特性进行了理论分析和数值模拟.结果表明,可以通过选择具有合适纤芯与包层热光系数匹配的光纤,从而制作出谐振波长对温度变化敏感或者不敏感的长周期光纤光栅;采用高频CO2激光脉冲三束对称写入法制作长周期光纤光栅,并进行温度特性测试,结果表明,谐振波长具有线性响应的温度特性,灵敏度约为0.088nm/℃,而峰值损耗对温度不敏感,起伏不超过0.5dB.

长周期光纤光栅温度和应力传感特性研究

本文报道了长周期光纤光栅（ＬＰＧ）温度和应力传感特性的实验研究结果，测得ＬＰＧ的温度和应力灵敏系数均高于光纤布喇格光栅（ＦＢＧ）灵敏系数的典型值，在１１～８０℃和０～１００ｇｆ的温度和应力测量范围内，温度和应力响应曲线具有较好的线性基于同一ＬＰＧ不同透射波长具有不同温度和应力灵敏度的特性。

长周期光纤光栅包层模特性及其对传输谱的影响

从模式耦合理论出发,用数值计算的方法分析了长周期光纤光栅的包层模中各不同阶次模式的有效折射率及其交/直流耦合系数随波长以及阶次的变化规律.研究发现包层膜有效折射率、直流耦合系数及奇数阶次的交流耦合系数都随着波长的增加而减小.而阶次高的模式对应的有效折射率以及奇数阶交流耦合系数随波长的变化速率较之低阶次的来说要大.进一步分析了直流耦合系数对谐振峰值位置的影响,并且揭示了相邻谐振波长的峰值位置之差随波长而逐渐增大的原因.

基于级联长周期光纤光栅的新颖温度传感器

设计了一种基于级联长周期光纤光栅(Long period fiber grating)的新颖温度传感器。理论上得 到光栅间光纤的长度随温度增加变化时,级联LPG的干涉峰将线性地向长波方向漂移,其消光比亦将呈现线 性变化。实验上制作出了基于级联LPG的光纤温度传感器。利用其某一干涉峰的中心波长和消光比测量温度 变化时,测量灵敏度分别为0．0353 nm／℃和0．0684 dB／℃。基于级联长周期光纤光栅的温度传感器具有广 泛的应用前景。

新型长周期光纤光栅的设计与研制进展

长周期光纤光栅(long-period fiber grating,LPFG)是一种宽带的透射型无源光子器件,在光纤通信和光纤传感领域应用广泛.本文从折射率空间调制的角度,根据栅格周期长短、折射率调制深度和栅面法线取向三个特征参数,对LPFG进行了分类并分析了其不足,定义了新型长周期光纤光栅(novel long-period fiber grating,NLPFG)概念并指出了其研究意义;阐述了典型的LPFG写制新技术,建立了NLPFG模型和设计理论;提出了NLPFG正、反向设计流程,阐述了NLPFG典型设计方法;综述了近年来NLPFG的研制及典型应用,展望了NLPFG研究的发展趋势.

基于单长周期光纤光栅光谱特性的温度和应变同时区分测量

根据长周期光纤光栅具有多个不同损耗峰的光谱特性提出了一种使用单个LPG对温度和应变两参数进行同时区分测量的新方案。实验选用了具有不同温度和应变传感灵敏度的第一和第四损耗峰,通过观测其相应的光谱图,得到因测量参数变化而导致的谐振波长的偏移。根据相应的参数求解矩阵方程,当被测量变化较小时,通过计算可知,交叉敏感对参数的测量基本上不产生影响;而当被测量变化较大时,可通过适当补偿消除交叉敏感而带来的偏差。实验测得的温度和应变误差分别是±0.92℃和±22με,该方案能较好地解决测量中存在的应变和温度之间的交叉敏感问题,有效地提高了系统的测量精度。实验结果表明,利用长周期光纤光栅的不同损耗峰同时测量温度和应变的方法是切实可行的,且实验系统体积小,成本较低,简单实用,具有较好的应用前景。

长周期光纤光栅光谱控制及其在EDFA增益平坦中的应用

从理论上分析了长周期光纤光栅光谱的控制方法 ,并且进行了实验研究 结果表明 ,选择合适周期的振幅模板 ,通过控制曝光量和光栅长度 ,可以实现对长周期光纤光栅的中心波长、峰值和带宽的控制 用此技术制作的四个不同中心波长、峰值和带宽的长周期光纤光栅级联 ,实现了EDFA在 35 .6nm范围内增益波动小于± 0 .

基于长周期光纤光栅的折射率与浓度传感方案的研究

采用简化的3层光纤模型,利用耦合模理论对长周期光纤光栅周围环境折射率、浓度敏感特性进行研究,并用计算机进行模拟及数值计算,得出长周期光纤光栅透射谱谐振波长与环境折射率及浓度的关系,实验证明测量结果与计算机模拟结果基本吻合。

基于新型长周期光纤光栅的低成本应变传感系统

首次利用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅的边缘滤波效应,实现了静态与动态应变的测量使用单波长输入光,光信号经过长周期光纤光栅衰减后进入光电探测器,最终输出电压信号当对光栅施加应变时,其中心波长将发生漂移,由于光栅阻带的边缘滤波效应,光电探测器接收的光强会随之变化,测量其输出的电信号,可以得出光栅发生的应变大小与频率对于静态应变测量,可分辨的最小应变小于10με,精度为±10με;在动态实验中,发现光栅能够响应5kHz以上的动态应变这种传感系统结构简单,成本低。