基于相位光时域反射的光纤分布式声波传感研究（英文）

文中提出了一种光纤分布式声波传感方案。作用在传感光纤上的声波信号导致后向瑞利散射光的相位变化,将含有声波信息的后向瑞利散射信号注入到迈克尔逊干涉仪,并采用相位载波解调算法解调出相位信息。实验中采用压电拉伸器模拟声波振动,分布式声波传感系统实现了10 m的空间分辨率以及平坦的频响。

用于光纤光栅传感的低成本高分辨率多通道波长解调仪(英文)

本文报道一种用于光纤光栅传感的低成本高分辨率多通道波长解调仪。基于薄膜滤波技术的密集波分复用模块已被广泛用于光纤通信系统中,在本文中,采用已商品化的薄膜密集波分复用模块同时完成了以波分复用方式连接的多个光纤光栅传感器的信号分离与波长解调功能,研究了一种结构简单、低成本、高分辨率的光纤光栅传感系统。该传感系统的特点是可用于多通道动态测量。本文将具体介绍一种四通道传感系统,该系统在3 kHz频率下的动态应变的分辨率优于1 nε／(Hz)^(1/2)。

ZnO镀膜光纤传感器压电层反射系数

介绍了ZnO镀膜光纤的几何结构 ,分析了此几何结构压电声光振荡的基本原理 ,给出了ZnO镀膜光纤传感器的等效网络模型 ,根据此模型推出了压电层反射系数S11。

相位掩膜板移动法制作DFB光纤激光器

对相移光栅的制作技术进行了介绍和比较。并采用相位掩膜板移动法研制了掺铒DFB（分布反馈）光纤激光器，激光泵浦的阈值约为4mW，线宽约为10—20kHz。

镀膜光纤声相位调制器的研究

本文主要讨论氧化锌镀膜光纤声光相位调制器。首先介绍了氧化锌镀膜光纤的几何结构 ,然后分析了此几何结构压电声光振荡的基本原理并推出了氧化锌镀膜光纤声光相位调制器T型网络的等效电路模型 ,最后给出了氧化锌镀膜光纤声光相位调制器的实验测试装置及基本工作原理。

采用后向瑞利散射空间差分的周界安防分布式振动监测（英文）

提出了应用于周界安防的基于后向瑞利散射光空间差分干涉的光纤分布式振动传感监测方案。环境振动信号引起传感光纤的相位变化,含有相位信息的后向瑞利散射信号注入到非平衡迈克尔逊干涉仪,实现了后向瑞利散射信号的空间差分干涉,光纤分布式振动传感监测完成相位信号的解调,提高了系统的灵敏度。该系统能够实时监测入侵者的行走路线和速率以及模拟挖掘的距离的判断,实现了15 d B的信噪比以及35 m的探测距离。

RECENT RESEARCH AND DEVELOPMENT OF POLYMER OPTICAL FIBRES

ＲＥＣＥＮＴＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＯＦＰＯＬＹＭＥＲＯＰＴＩＣＡＬＦＩＢＲＥＳ＊ＧＤＰｅｎｇ（彭刚定）ＰＬＣｈｕ（朱柏濂）（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖ．ｏｆＮｅｗＳｏｕｔｈＷａｌｅｓ，Ｋ...

基于最小二乘支持向量机和多参考光栅的可调谐 滤波器解调误差动态补偿

可调谐法布里-珀罗(F-P)滤波器的磁滞和温度漂移是限制其解调精度的重要因素。现有研究很少考虑同时对磁滞和温度漂移进行动态补偿。针对光纤布拉格光栅(FBG)解调误差,提出了一种基于最小二乘支持向量机(LSSVM)的动态补偿方法。考虑到参考光栅与传感光栅的反射光谱经过可调滤波器后具有相似的漂移特性,将多个参考光栅的波长漂移作为LSSVM模型的输入特征,以预测传感光栅的反射光经过可调滤波器后的波长漂移误差。在单调降温和先降温后升温的数据集上分别对所提方法进行了验证,实验结果表明:当未引入参考光栅作为模型特征时,两个数据集的补偿后最大绝对误差分别达到33.65 pm和69.25 pm;在引入参考光栅作为模型特征后,补偿后的最大绝对误差分别降至3.63 pm和7.84 pm,即所提方法在不同温变模式下均有效提高了F-P滤波器的解调精度。

考虑时间权重的可调谐滤波器温漂补偿方法

首先,充分考虑温漂序列数据前后之间的强相关性,在对光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)的温漂进行建模的过程中引入时间权重的概念,为每个样本赋予不同的时间属性。然后,采用支持向量机(SVM)作为弱学习器对温漂样本进行建模,使用AdaBoost框架对多个SVM模型进行集成学习。在集成预测过程中,不仅每个模型的预测性能会影响样本的权重分配,而且样本的时间属性也会影响样本权重的更新。实验结果表明:在2℃的窄范围缓慢变温环境中,传统AdaBoost-SVM算法的最大温漂补偿误差为10.83 pm,而基于时间权重的AdaBoost-SVM的最大温漂补偿误差降低到7.04 pm;在15℃的温度范围下,传统AdaBoost-SVM算法的最大误差达到11.57 pm,基于时间权重的AdaBoost-SVM的最大误差仅为4.05 pm。与传统硬件方法相比,所提出的方法不需要额外硬件,为可调谐滤波器的温漂补偿提供了一种新的思路。

基于注意力机制和长短期记忆网络的F-P滤波器温漂误差修正

借助深度学习算法的非线性处理能力,提出基于注意力机制和长短期记忆(LSTM)网络的温漂预测模型,从而对法布里-珀罗(F-P)滤波器进行温漂补偿。针对温漂数据中复杂的时空信息,采用LSTM提取时间信息,利用注意力机制分配空间权重。实验结果表明:在升温-降温-升温环境下,所提方法和LSTM模型的最大波长漂移误差分别为6.75 pm和16.64 pm;在单调降温环境下,两种方法的最大波长漂移误差分别为5.39 pm和14.09 pm。所提方法在最大绝对误差(MAXE)、均方根误差(RMSE)和平均误差(MAE)上均优于最小二乘支持向量机(LSSVM)和循环神经网络(RNN)。

基于光纤光栅传感系统的光纤法布里-珀罗滤波器热致非线性研究

研究和评估了基于光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的压电陶瓷(PZT)驱动的光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器的热致非线性,采用多项式拟合法减小FFP滤波器的热致非线性误差。在FFP滤波器所处环境温度变化超过15℃的情况下,采用大于等于4阶的多项式拟合和参考光栅的方法,可使FFP滤波器热致应变误差从750με减小到15με,标准差保持在10με以下。实验结果显示,当PZT驱动的FFP滤波器的温度变化范围较大时,其热效应不是简单地保持不变或呈线性。

光纤布拉格光栅制作中热效应影响的实验研究

采用相位掩模板法,实验研究了准分子激光器制作光纤布拉格光栅(FBG)过程中,紫外光热效应对光栅生长过程和光谱结构的影响。研究发现,相位掩模板法直接曝光法中,对同一段光敏光纤进行累加曝光,其反射率不会随着曝光量的增大而线性增长,而在多次曝光时会产生光栅反射率变小的"漂白"现象,并且多次曝光的时间间隔越短,"漂白"的过程也越长;相同的曝光量下,激光器重复频率越高,则曝光所用时间越短,所形成的光纤光栅的反射率越高;扫描曝光制作光纤光栅时,在相同的曝光参数下,扫描移动方向的不同会导致光栅旁瓣分布规律的不同,由此提出了光栅制作过程中存在"热致啁啾"现象。

镀膜光纤声光相位调制器及压电层反射系数的研究

主要研究镀膜光纤声光相位调制器。介绍了氧化锌镀膜光纤的几何结构 ,分析了此几何结构压电声光振荡的基本原理 ,给出了光纤声光相位调制器的等效网络模型 ,根据此模型得到了声光压电层反射系数 ,并按实际参数进行了计算机模拟计算。

分布反馈式光纤激光器线宽特性及其展宽机理研究

针对分布反馈式光纤激光器(DFB-FL)线宽特性进行了深入研究.通过理论推导和实验验证,分析了自脉动、相移光栅、激射窗口宽度以及外界环境扰动等因素对DFB-FL线宽的展宽作用.进一步提出了压缩DFB-FL线宽的有效方法和途径,给出了自注入锁模方式下对DFB-FL线宽压缩的对比实验结果,将DFB-FL的线宽从35 kHz压缩到了10 kHz.

π相移光纤光栅制作方法的比较研究

介绍了目前最常用的两种制作相移光纤光栅的方法，即分步曝光法（或遮挡法）和相位掩膜板移动法，对比分析了两种方法引入相移的物理机制，并利用传输矩阵法理论模型，数值模拟了两种制作方法下的相移光纤光栅透射谱，并分别进行了分布反馈光纤激光器（DFB-FL）的对比实验。结果表明，分步曝光法制作相移光纤光栅时，相移量与光栅中无曝光段的长度及纤芯折射率调制量均有关，难以精确控制相移量的大小，并且存在偏振模竞争问题；而相位掩膜板移动法通过压电陶瓷直线微动台控制掩膜板和光纤相对位移，在光栅中引入相位变换，可以将相移量控制在O～2”范围之内，更容易实现”相移光栅的制作。

分布反馈光纤激光器自放大特性实验研究

通过相位掩膜板移动法,制作了非对称相移结构分布反馈光纤激光器(DFB-FL)。为了获得更高的激光功率,利用同样长度的掺铒光纤(EDF),分别采用同向泵浦和反向泵浦结构方式进行了窄线宽激光信号的自放大实验,结果表明,两种自放大结构的DFB-FL均可充分利用泵浦光功率,在保证激光线宽展宽有限的前提下,实现了激光信号至少23dB的功率放大。同时,实验结果对比说明,同向泵浦放大结构更有利于保持原激光信号的噪声特性。这为较大输出功率的DFBFL提供了一种简单可行的方案。

基于单模光纤选模机制的单模输出6芯光纤激光器

为了实现多芯光纤激光器的单模输出,提出一种新的选模机制,即利用单模光纤进行选模。采用单模光纤和全反镜相结合作为选模器件,可以使6芯光纤激光器中同相位超模的耦合效率远远大于其他高阶超模,从而使高阶超模得到有效的抑制,实现高亮度的同相位超模单模输出。为了提高同相位超模的耦合效率,可以进一步优化单模光纤纤芯尺寸,同时调节单模光纤和6芯光纤之间的间隙距离。将同相位超模的耦合效率代入速率方程进行理论模拟,证明输出功率和耦合效率之间的必然联系,结果显示同相位超模输出功率随着耦合效率的增大而增大,得到单模输出的最大光-光转换效率为63.7%。

长周期莫尔光栅的实验研究

相移长周期光栅和变迹长周期光栅作为两种特殊的长周期光纤光栅,由于其特殊的光谱特性,受到了人们的关注。结合长周期莫尔光栅理论,利用紫外逐点写入和两次曝光法,通过灵活地控制两次曝光的周期、起始位置、曝光量等制作参数,在高掺锗载氢光纤上写入了多种长周期莫尔光栅,实现了长周期光纤光栅的相移效应和变迹效应。结果表明,莫尔技术可以被很好地应用于相移长周期光栅和变迹长周期光栅等特殊光栅的制作。

基于多重曝光法的多波长FBG制备和实验研究

利用扫描曝光法,通过控制曝光前施加在光纤上的拉力,经过多次不同拉力状态下的光刻技术,实现了多波长光纤Bragg光栅(FBG)的制作。实验发现,多重曝光的子FBG位置和叠加程度对子FBG的谱形有很大的影响,只有当各层子FBG长度、位置完全重叠时,各波长光谱才不会受到短波振荡的影响;对载H增敏光纤,第n+1层子FBG的刻写,总会使前面n层子FBG的波长变大,反射率变强;而对掺Ge光敏光纤,多重曝光只将先制作的子FBG波长变大,而所有子FBG反射率都会变弱。通过合理设计曝光量,在载H单模光纤上制作了阻带谱形一致的四波长FBG。经实验测试,子FBG波长具有相同的温度系数和应变系数。

具有波长标定功能的多模光纤温度传感器

给出了基于宽谱光源问讯的具有波长标定功能的多模光纤温度传感器理论分析,指出光谱中凹陷所对应的特征波长位置是由多模光纤中激励起的多个传输模式再次耦合到引出单模光纤中进行干涉决定;特征波长由多模光纤的芯径、长度、纤芯和包层折射率决定。利用提出理论对光源光谱ASE的光谱范围中出现的特征波长的个数进行了分析模拟,并优化设计了只出现一个特征波长的多模光纤温度传感器,制作了三个长度分别约为4 cm,5.5 cm和10 cm的只有一个特征波长的多模光纤温度传感头,利用毛细玻璃管进行了封装,并利用分辨率为0.01 nm的光谱分析仪进行了温度测量实验,发现温度与特征波长漂移的线性关系约为13 pm/℃。