基于Sagnac干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器

提出一种基于双萨格奈克(Sagnac)干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器,在该传感器中,传感干涉计中熊猫光纤的长度约为参考干涉计中熊猫光纤的整数倍。理论分析与实验结果表明,当游标放大倍率相同时,基于谐波游标效应和基于普通光学游标效应的双Sagnac干涉计具有相同的温度灵敏度,但谐波游标效应对应的熊猫光纤长度失谐量明显大于普通光学游标效应,且阶数越高对应的失谐量越大。由于失谐量越大,游标放大倍率越容易控制和实现,因此,从制备角度上讲,谐波游标效应明显优于普通光学游标效应。该研究可为后续光学游标效应的研究提供重要参考。

基于Sagnac干涉仪的多点局部放电检测系统

提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪用于多点局部放电超声检测的光纤传感系统。该超声检测系统由光源、单模光纤延迟线、光纤耦合器、相位调制器、偏振控制器和对比度为1的光纤Sagnac干涉仪组成。首先介绍了传感系统的超声检测的原理,然后搭建了模拟局部放电超声实验平台,利用Nd∶YAG激光器照射钢板激发出的表面波和高频声源,针对局部放电超声在钢板和变压绝缘油中的传播情况进行了实验。实验结果证明了使用该系统用于局部放电超声检测的有效性,在100 kHz~200 kHz频率范围内,信噪比可达40 dB以上,同时实验验证了该Sagnac传感器对局部放电超声的多点检测能力。该光纤超声检测系统结构简单,频率响应高,成本低廉在局部放电等领域有着巨大潜力。

基于直线型Sagnac的光纤周界安防系统设计

变电站安防系统的建设对保证整个电力系统安全运行有着重要作用,为了推进变电站无人值守化的进程,提高电力系统供电的可靠性,设计了一种基于直线型Sagnac的光纤周界安防系统,并对光纤振动信号的检测方法进行了详细论证,提出了基于多域特征的动态阈值端点检测算法,从时域、频域和小波域提取振动信号的特征进行判断,实时更新特征阈值,通过三级判定算法提高系统对入侵事件的检测效果.将光纤安防系统与视屏监控系统、微信报警系统和声光报警系统结合,可对无人值守的变电站进行全天候、多技术手段融合的立体防护.

基于Sagnac滤波器的可调谐掺镱锁模光纤激光器研究

为了在光纤激光器中获得具有中心波长可调谐的锁模脉冲输出,采用半导体可饱和吸收镜和Sagnac环作为腔镜,搭建了线性腔掺镱锁模光纤激光器,并进行了实验验证。通过调节泵浦功率和Sagnac环中的偏振控制器,在泵浦功率140 mW保偏光纤长度为18 cm时获得最大的调谐范围输出,输出中心波长从1032.53 nm连续调谐至1043.76 nm,调谐范围为11.23 nm。该研究可以为搭建结构紧凑的可调谐激光器提供设计方案。

一种基于光子晶体光纤的高灵敏度Sagnac型温度传感器建模研究

为提高Sagnac型温度传感器的测温范围和灵敏度,提供了一种具有高双折射高温度灵敏度特性的光子晶体光纤设计方法。通过在光纤空气孔内填充温敏液体材料,使光纤具有良好的温敏特性。在COMSOL中建立该光子晶体光纤的电磁场模型并对光纤特性进行分析计算,利用有限元法分析结构参数对双折射和光纤双折射温度灵敏度的影响,并在所确定结构基础上研究了温敏液体的填充方式和填充液体类型对光纤温敏特性的影响。确定了最优的结构和液体填充方式,最优情况下该光纤的双折射温度灵敏度能够达到2.0507×10^(−5)/℃,在1550 nm处可获得5.96×10^(−2)的双折射。将2 mm光子晶体光纤应用于Sagnac型温度传感器中并进行传感性能仿真分析,利用多项式拟合的方法对结果数据进行拟合以分析传感器的温度灵敏度,提高拟合准确性、减小测量误差。结果表明在0~75℃范围内传感器平均灵敏度可达11.28 nm/℃,与现有典型Sagnac型温度传感器相比,本文Sagnac型温度传感器在尽量减小光纤长度的基础上获得了较高的温度灵敏度,并且测温范围更大、准确性更高。因此,该传感器在温度测量领域有一定的应用前景。

多模与Sagnac复合干涉型振动传感器

传统光纤振动传感器可测量的振动频率范围有限,为进一步提高光纤振动传感器的频率识别能力,利用多模光纤(MMF)耦合器构建萨格纳克(Sagnac)干涉仪,将多模干涉与Sagnac干涉相结合,提出了基于多模干涉的可测量振动频率的新型Sagnac干涉型振动传感器结构。利用105μm和62.5μm芯径的MMF分别制作分光比为1∶1的多模光纤耦合器,并用其构建Sagnac环。为了对比分析,利用MMF分别制作了单模-多模-单模(SMS)干涉结构及马赫增德尔干涉结构的传感器。通过大量实验对几种类型的振动传感器在振动频率检测范围、振动频率检测准确度和振动信号幅值等方面进行了详细的对比研究。研究结果表明:基于105μm芯径阶跃折射率分布MMF的Sagnac干涉结构在0.3~20 kHz的频率范围内,获得了频谱主级峰和次级峰强度差大于20 dB的频率识别效果,可测频率范围宽,主次级峰强度差大,对低频振动更灵敏,且频率偏差在Hz量级,在几种对比结构中振动测试性能最好,为振动检测的研究提供了一种新方案。

基于SWNT可饱和吸收体结合Sagnac滤波的调Q掺铒光纤激光器

提出并搭建了一种基于单壁碳纳米管可饱和吸收体结合Sagnac环的被动调Q掺铒光纤激光器,对其输出激光特性进行实验研究。采用光沉积法制备了单壁碳纳米管可饱和吸收体,其透射率为75%。基于单壁碳纳米管的可饱和吸收特性,搭建调Q激光器,实现谐振腔Q值调节。将Sagnac环形滤波器插入光纤环形腔,Sagnac环结构产生的滤波效应可以对调Q脉冲实现精细度滤波,该激光器工作阈值为800 mW。当泵浦功率为830 mW时,激光器可实现稳定的1 530.4 nm激光输出,输出功率为12.3 mW,重复频率为210.7 kHz,对应的脉冲周期为4.76μs,脉冲宽度为2.19μs,其最大脉冲能量为58.37 nJ。

基于Sagnac滤波结构的波长可调谐掺铒光纤激光器

针对光纤激光器波长调谐范围较窄以及输出激光波长调谐难度较大的特点,设计了一种基于光纤Sagnac滤波结构的多波长可调谐掺铒光纤激光器,实现了单波长、双波长以及三波长激光稳定输出。所设计的光纤激光器为环形腔结构,采用5 m长度的掺铒光纤作为增益介质,选用长度为4 m的领结型单模保偏光纤结合3 dB光纤耦合器和偏振控制器构成Sagnac滤波器。实验中,激光器工作阈值为51 mW,通过调节激光器谐振腔内损耗,在1 561.68~1 568.19 nm光谱范围内实现了单波长激光可调谐输出,最小波长间隔为0.71 nm,且信噪比优于27.22 dB;所设计的激光器能够产生3种不同组合的双波长激光输出,双波长间隔最小为0.51 nm,并且通过调节偏振控制器,获得了2种不同组合的三波长激光输出。在20 min监测时间内,单波长、双波长、三波长激光功率漂移分别优于0.523,0.768,3.432 dB。

Degenerate polarization entangled photon source based on a single Ti-diffusion lithium niobate waveguide in a polarization Sagnac interferometer

Combining a Ti-diffusion periodically poled lithium niobate(PPLN)waveguide with a Sagnac interferometer,two opposite directions type-II spontaneous parametric down conversions(SPDC)occur coherently and yield a high brightness,high stability polarization entanglement source.The source produces degenerate photon pairs at 1540.4 nm with a brightness of B=(1.36±0.03)×10^(6) pairs/(s·nm·m W).We perform quantum state tomography to reconstruct the density matrix of the output state and obtain a fidelity of F=0.983±0.001.The high brightness and phase stability of our waveguide source enable a wide range of quantum information experiments operating at a low pump power as well as hold the advantage in mass production which can promote the practical applications of quantum technologies.

光纤Sagnac环特性及在WDM系统中的应用

包含不等长双臂的光纤Sagnac干涉结构会产生梳状透射谱。为此阐述了作为波长选择器的光纤Sagnac干涉环用于WDM系统多波长激光器和功率均衡滤波器的结构原理,并对其实验结果进行了详细的阐述。

光纤Sagnac环的研究现状及其应用

在研究Sagnac效应的基础上,利用光纤Sagnac环的干涉结构,提出了多种光纤Sagnac环的改进方案,并进行了大量实验,使其应用范围得到了极大扩充。从Sagnac效应的基本原理出发,综述了光纤Sagnac环现阶段的主要应用和最新进展,主要有光纤陀螺、光纤水听器和Sagnac环滤波器等。最后介绍了光纤Sagnac环研究的前沿新技术方向,主要包括改变Sagnac环的结构、在Sagnac环中加入介质或与其他结构级联、做成全光缓存器,制作多波长光纤激光器等。

卫星双向时间频率传递中的Sagnac效应

结合卫星双向时间频率传递技术,提出了在卫星运动情况下Sagnac效应解决方案。卫星双向时间频率传递技术是基于地球同步卫星进行的。地球同步卫星在各种摄动力的影响下,相对于地面上的某点不是绝对静止的,而是作小幅度日周期性运动。Sagnac效应与卫星和地面观测站的位置密切相关,卫星的运动直接导致了Sagnac效应也具有日周期变化的特征。使用高精度实测卫星轨道数据对Sagnac效应进行计算分析,结果表明:由卫星运动引起的Sagnac效应值具有与卫星运动一致的周日变化规律特征,大小达到几百皮秒的量级,与传统的将同步卫星作为静止点处理相比,提高了Sagnac效应误差的修正精度。该方案对于各种高精度卫星时间比对技术和卫星导航等领域具有重要的应用价值。

Sagnac演示实验装置的设计

介绍了Sagnac效应的原理,并从其原理出发,借助光纤干涉仪的建造思路,自主搭建了演示此原理的演示实验装置.我们设计搭建的Sagnac干涉演示仪,操作简单、现象明显,能够很好地演示Sagnac效应.

实体Sagnac干涉仪的设计

以嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪为例,介绍了Sagnac干涉仪的设计思想,共光路及横向剪切原理、剪切量的计算方法以及干涉仪分束面上分束区与透射区的设计.该Sagnac横向剪切干涉仪作为嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的核心部件,经检测与在轨运行,表明设计正确,经受了包括月食低温在内的各种恶劣的航天环境的考验,获得了大量清晰的月表多光谱图像.

级联光栅结合Sagnac环的可调谐光纤激光器

提出并验证了一种单-双波长可调谐掺铒光纤激光器。利用级联光纤布拉格光栅(Cascaded Fiber Bragg gratings,Cascaded FBGs)结合Sagnac环结构所产生的复合滤波效应,实现较高精细度滤波,并通过调节环内偏振控制器(Polarization Controller,PC),引入双折射效应,得到波长可调谐的光纤激光器。基于耦合模理论并使用传输矩阵法对该结构的传输特性进行了分析,在此基础上搭建实验系统,验证了理论分析的正确性。实验结果表明:通过调节PC,激光器输出激光的波长范围约为1 555.644～1 556.112 nm,双波长间隔的可调范围约为0.108～0.452 nm,单-双波长的边模抑制比(SMSR)均高于40 dB;在稳定性测试中,输出单-双波长激光的波长最大漂移量小于0.008 nm。该方法具有结构简单、调谐方便、易于实现且精细度较高的优点,可应用于密集波分复用及全光通信系统等领域。

基于改进型sagnac干涉仪的扰动定位系统

本文提出了一种探测和定位扰动的光纤干涉系统。本系统基于改进型的sagnac干涉仪,通过法拉第旋转镜(FRM)的使用将sagnac环改成了线性结构,并通过频分复用技术实现了多路同时在线监测。实验结果表明该系统具有较高的准确性和稳定性,定位精度为±50 m。

基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器(英文)

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。

基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术

分析和仿真了含两段保偏光纤的光纤Sagnac干涉仪输出光谱特性,获得消除两段双折射光纤交叉敏感的条件。提出了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术。采用实心保偏光子晶体光纤作为传感光纤,搭建了基于双段保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的侧向压力传感系统,分别进行侧向压力测试及温度影响实验。实验结果表明,侧向压力灵敏度可以达到的0.287 7 nm/N,同时由温度变化引起的漂移量小于0.1 pm/℃。

光纤光栅Sagnac环级联特性

为了解决单个均匀光纤光栅Sagnac环信道隔离度差的缺点,提出了级联Sagnac环组成梳状滤波器的方案。采用Jones矩阵理论分别对单个光纤光栅Sagnac环和二阶、三阶级联时的频谱特性进行了理论分析和数值仿真。对于三阶Sagnac环级联时的情形,实现了通道间隔为0.8 nm、FWHM为0.1 nm的梳状滤波器,在相同信道间隔下使得FWHM降低为单个光纤光栅Sagnac环的1/4,从而有效提高了系统信道隔离度。得到了具有均匀通带间隔、信道隔离度高、光谱半高宽度FWHM窄等特性的梳状滤波器,使其性能能够更好地满足WDM的使用要求。

Sagnac环形电流互感器的原理与发展研究

高压变电站中用于电力系统电流测量的全光纤电流传感器由于具有传统电流互感器无法比拟的优点,具有广阔的应用前景。Sagnac环形电流互感器是在干涉式光纤陀螺结构上发展起来的一种互感器结构。由于基于Sagnac干涉仪技术的光纤陀螺的实用化,用此技术来实现Sagnac环形电流互感器的实用化成为电流互感器的热点。本文首先介绍了Sagnac环形电流互感器的基本原理和结构,通过建立电流互感器的光学矩阵模型推出了电流互感器的基本公式,然后综述了其发展过程,研究成果以及存在的主要问题,重点讨论了温度漂移和温度稳定性。