光纤光栅非平衡M-Z干涉解调技术研究

介绍了一种基于直流相位跟踪零差法的非平衡Mach-Zender干涉解调系统的工作原理,设计了一套光纤光栅解调系统,并通过实验分析了该系统的应变精度为8.17×10-3με;对压电陶瓷产生的振动信号进行检测,取得了很好的实验效果。实验结果证明,它有良好的动态性能,适合于精密测试中动态信号的检测。还讨论了影响解调精度的主要因素。

全光纤M-Z干涉仪激光器鉴频系统

研究了不等臂M-Z干涉仪鉴频的基本原理,对采用三角波调制改变干涉仪臂长获得鉴频信号的过程进行了定量分析.在此基础上,仿真计算了线性改变干涉仪臂长和频率漂移对鉴频信号输出的影响,采用LiNbO3相位调制器取代PZT(Piezo-Electric Transducer)调制方式,设计实现了鉴频实验装置,获得的实验结果与理论和仿真结果吻合.对驱动信号和环境扰动对该方案的影响进行了实验验证和理论分析,与PZT调制方式相比,无需高精度温控装置,系统工作稳定可靠,信号调制动态范围可以从PZT调制方式下的几十Hz扩大到GHz.同时可以在该方案中采用lock-in确定相位-频率响应度,从而测定激光器的频率波动范围.

基于M-Z干涉仪的正交信号处理法波长解调系统

设计并制作了全光纤非平衡马赫-曾德干涉仪,并分析了几种典型的波长解调技术.采取了一种新的正交信号获取方法,并通过相位补偿实现了对波长偏移量的测量.波长变化引起的相位信息可以通过数字反正切函数和相位展开来提取.与传统的正交采样方法相比,其采样数据量大幅度增加,对快速变化的波长信息可以实现精确测量,并通过实验验证了该解调方法的可行性.实验结果表明,该系统可以对波长实现很好的解调.

光纤Bragg光栅用于高频应变测试的研究(英文)

提出了一种传感部分采用光纤Bragg光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器的高频应变测试新方法。设计并构建了基于非平衡马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪的高频解调系统。完整的测试系统由FBG传感器、高频应变产生装置和解调系统三部分组成。所产生的应变信号的频率可以通过专门的实验装置来控制,这是一种广泛用于测试材料机械性能的变形分离式霍布金逊压杆(Split Hopkinson PressureBar,SHPB)实验装置,应变持续的时间根据与撞击弹性等径的冲锤长度计算。借助高频振动信号研究了测试系统可测信号的频率范围。给出了振动和冲击实验结果,并进行了讨论。所设计的系统可以实时测试动态应变的幅值,实验结果表明,该系统对频率为8kHz以下的信号具有好的响应。

基于半导体光放大器的干涉型器件中不协调性的分析

分析了SOA线宽增强因子α及交叉增益调制对干涉仪输出功率的影响,指出在SOA中由于交叉增益调制和交叉相位调制并存,干涉仪的两臂输出不能同时达到极大和极小值,存在一定的不协调性;干涉仪最佳工作点不是唯一的,而是存在一个和α一一对应的工作区间.文中对干涉仪的不协调程度、工作区间及消光比进行了详细分析,发现随着α的增加,干涉仪的不协调程度降低、工作区间范围缩小且干涉消光比提高;在和α对应的同一工作区间内,消光比随工作点的后移呈增加趋势.实验结果进一步证明了理论分析的正确性.

分布反馈光纤激光器水听器

本文介绍了一种新型的基于分布反馈光纤激光器(DFB-FL)的光纤水听器系统。系统采用非平衡M-Z光纤干涉仪的解调方法和相位补偿的零差检测方式。实验结果表明,未封装的DFB-FL对微弱的振动信号非常灵敏,并且能获得准确的声音信号。

基于光纤光栅PGCD的材料冲击试验研究

光纤光栅抗电磁干扰和易于构成分布式光纤传感网络,对设备健康监测和高频应力作用下的材料力学性能测试具有独特优势。波长编码信号解调系统的频率低是制约光纤光栅传感器在高频信号环境下使用的关键问题之一,采用M-Z干涉技术,设计了一套基于相位载波(PGC)的相位解调方法的光纤光栅高频解调系统,对正弦信号激励和冲击试验产生的信号进行了测试和分析,取得了比较理想的试验结果,实现了10 kHz频率范围内高频信号的检测。

FBG用于高频振动检测的实验研究

由于光纤光栅具有体积小、抗电磁干扰、抗腐蚀,易于构成光纤测量网络等性能,因而对在高频环境下材料力学性能测试拥有独特优势。为此,基于非平衡M-Z干涉仪的光纤光栅解调原理,设计了一套用于高频振动检测的光纤光栅测试系统。经实验证明该系统在10 kHz频率以下有良好的频率响应。

相移光纤光栅应变传感特性的实验研究

用非平衡Mach-Zehnder干涉仪检测动态应变在相移光纤光栅中感生的波长变化,对2.1kHz信号进行FFT(快速傅立叶变换)频谱分析得到了2.1×10-2με(1με=1×10-6应变)的应变分辨率(信号分析带宽5kHz)。

基于光栅阵列的城市轨道列车定位与测速方法

针对铁路及城市轨道交通运行环境多变、监测距离较长且监测方法易受雷电影响等问题,提出了一种基于光栅阵列的列车定位及测速方法.该方法利用抗电磁干扰能力强、复用容量大的超弱光栅阵列构成振动传感网络,采用非平衡马赫-曾德尔干涉解调法实现对列车运行振动信号的检测,在小波降噪后通过基于短时能量分布的端点检测法来实现对列车的精确定位,并利用相邻测区之间的距离与列车抵达的时间差来推算列车在该区域的运行速度.为验证该方案的可行性,在武汉地铁7号线湖工站至野芷湖站间搭建了实验系统进行现场测试.实验结果表明,该方案能实现对列车实时位置的精确定位,且测速误差为±2 km/h,且经过长时间的测试,基于该方案的系统具有很好的可靠性和稳定性.

相位调制自由空间量子密钥分配

通过一组正对的望远镜耦合 ,采用以不等臂Mach_Zehnder干涉仪为基础的相位编码方式 ,成功地实现了实验室内 12m距离的自由空间量子密钥分配 .实验表明这样的系统工作稳定可靠 ,与偏振编码一样 ,相位编码也可用于自由空间的量子密钥分配 .

基于非平衡光纤干涉仪的窄线宽激光光源跳模实时测试方法

窄线宽激光器随机发生的跳模现象,是影响光学系统稳定的重要因素。激光器线宽窄往往意味着较长的谐振腔和较小的模间隔,从而给跳模的监测带来了难度。本文提出一种基于非平衡光纤干涉仪的窄线宽光源跳模测试方法,该方法将激光器跳模的频率变化转变为干涉仪的相位变化,并通过相位产生载波(PGC)调制解调技术来检测相位信息,从而实现对跳模过程的监测。该方法灵敏度高,能够长时间连续监控,测试效果优于Fabry-Perot干涉仪,还可在kHz量级上测量窄线宽激光器的线宽,为单纵模窄线宽激光器研究提供有效的测试手段。

基于干涉仪动态相移的光纤激光器跳模检测方法

针对已有方法在单频光纤激光器跳模检测中存在的不足,提出一种基于非平衡光纤Michelson干涉仪动态相移的跳模检测方法。使用干涉仪将激光器跳模时的光频突变转换为相位工作点的突变,并通过同步监测相位工作点的正余弦函数两路信号来跟踪与判断它的动态相移,成功实现了对超窄线宽掺铒光纤环形激光器偶发的随机跳模以及由开机瞬态热效应触发的连续多次跳模的测量与分析。结果表明,该方法检测灵敏度高,跳模判据实时直观,并能测量跳模前后可能发生的频漂,为评价单频光纤激光器的模式稳定能提供有效的测试手段。

基于3×3耦合器的马赫-曾德尔干涉仪的光纤光栅波长解调技术

介绍了一种基于3×3和2×2光纤耦合器构成的非平衡马赫-曾德尔干涉仪的波长解调方案。理论分析和数据对比表明,相对于由两个2×2光纤耦合器构成的马赫-曾德尔干涉仪,本干涉仪具有宽谱的灵敏度、能跟踪波长的变化方向和相位展开的优点。实验方案用于测量固定在悬臂梁上的传感光纤布拉格光栅(FBG)的峰值波长变化,获得了±1 pm的静态波长解调精度,在10 Hz处的动态分辨率为27 n/εHz。相位展开算法使得应变测量范围达到了2014με,对应的相位变化为3.22π。

奇偶交错空分滤波器

本文扼要介绍了空分奇偶交错滤波器 (Interleaver)的产生背景和基本原理 ,并着重综述了晶体型、迈克尔逊干涉仪 +G- T干涉仪型 (MGTI)和全光纤非平衡 Mach- Zehnder(M- Z)干涉仪型 interleaver的原理、特点及应用。

窄线宽激光器线宽的非平衡光纤干涉仪测量法

针对已有线宽检测方法在窄线宽激光器测量中存在的缺陷,提出一种利用非平衡光纤干涉仪相位噪声测量并计算线宽的方法。理论分析了短程差非平衡干涉仪相位噪声与窄线宽激光器的光频噪声的关系,得到了激光器的光波功率频谱和线宽。利用臂差为10 m的光纤干涉仪对窄线宽分布反馈激光器进行测量,结果表明激光器光波功率谱有近似的洛伦兹线型且线宽为5.4 kHz,与5 kHz的理论值相近。窄线宽光纤环形腔激光器的线宽测量结果为0.75 kHz,比用零拍法测量到的同类型激光器低于1.5 kHz的结果更精确。

单纵模分布反馈式光纤激光器的相干坍塌特性研究

通过建立复合腔模型,分析了外光反馈对单纵模分布反馈式(DFB)光纤激光器稳定性的影响,研究了外光反馈引起的相干坍塌阈值特性。通过采用模式分裂表征方法和相位噪声表征方法,对DFB光纤激光器的相干坍塌现象进行了对照检测,成功测量了瑞利散射和端面反射分别引起单纵模DFB光纤激光器发生相干坍塌时工作纵模的分裂情况,证明只考虑瑞利散射时DFB光纤激光器的阈值传导光纤长度小于200m。实验结果和理论分析相吻合,验证了采用上述两种方法检测相干坍塌的可行性,对于DFB光纤激光传感阵列的结构设计具有指导意义。

实验实现频差9.2GHz两束光在同一腔中的双共振与空间分离

设计并实现了频差为9.2GHz的两束光在三镜环形腔内的双共振频率锁定及输出两束光的空间分离。当腔长精确控制为391.3mm时,频差9.2GHz的两束光在三镜环形腔内达到双共振。与此同时,利用不等臂马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪,在两臂光程差为81.5mm且相位差为π/2时,实现了对两束光的空间分离。该装置为实现腔内原子相干效应介质中的光量子态交换奠定了实验基础。

非平衡光纤干涉仪的相位稳定方法研究

光量子信息技术通过使用光子承载量子信息,在量子通信、量子精密测量、线性光量子计算中发挥着重要作用.近年来,非平衡光纤干涉仪被广泛应用于光量子比特信息的制备、操控和测量过程中.然而,基于光纤器件的非平衡光纤干涉仪容易受到环境温度、应力等物理量变化的扰动,使得其使用过程需要反馈控制的配合.现有反馈控制装置常使用一束参考激光结合光电探测来实现,容易在光量子比特信息中引入额外噪声.因此,本文面向光量子信息应用,验证了一种基于弱相干参考光结合单光子探测计数的反馈控制方案.在理论分析基础上,我们实现了对臂长差约为1 m的非平衡光纤迈克尔逊干涉仪(fiber Michelson interferometer)的反馈控制,相位抖动小于0.042弧度,并在该干涉仪中测量到单光子干涉的条纹可见度大于99%.