基于倾斜光纤光栅的传感解调技术

该文设计了一种基于倾斜光纤光栅(tilted fiber Bragg grating,TFBG)的不受温度影响的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)应变解调系统.将倾斜光纤光栅用作边沿滤波器,当周围环境温度变化时,利用倾斜光纤光栅纤芯模与包层模的温度特性与普通光纤布拉格光栅相同这一特点,无需另加温度补偿,就可以实现FBG应变传感的动态解调,消除温度噪声对应变信号的影响.由实验可知,当温度在25,℃到39,℃范围变化时,解调系统的性能基本不发生改变,解调范围达到6 nm.

倾斜光纤光栅溶液折射率传感器的实验研究

根据倾斜光纤光栅(TFBG)和表面镀金的TFBG传感器测量折射率的基本原理,通过OptiGrating软件模拟了不同浓度溶液下TFBG的透射谱和芯层模与某阶包层模耦合引起的谐振峰,初步得出了TFBG各阶包层模随着外界折射率的增大而向右偏移、在一定的传感范围内中心波长与外界折射率呈线性关系的结论。用小型离子溅射仪对TFBG镀45 nm厚度左右的金膜,并用扫描电镜在微观上观察镀膜效果。通过不同浓度下的NaCl溶液、MgCl_2溶液、CaCl_4溶液实验,对比研究了裸TFBG和镀金TFBG传感器对溶液折射率的传感特性。从而验证了模拟仿真得出的结论并定量分析得知:镀金后具有表面等离子体共振的TFBG溶液折射率灵敏度大于500 nm·RIU^(-1),而裸TFBG为2 nm·RIU^(-1)左右,大约提高了200~300倍,且在一定范围内中心波长与溶液折射率的线性拟合度都在0.99以上。

倾斜光纤光栅谱特性

基于倾斜光纤光栅耦合模理论,采用数值分析法研究了前后向导模耦合时倾斜角度和调制深度对倾斜光纤光栅反射谱的影响,以及导模和辐射模耦合时针对不同的入射光偏振态在倾斜角度、调制深度、光栅长度等不同时倾斜光纤光栅透射谱(或反射谱)的特性.研究结果表明,在前后向导模耦合时,不同偏振态入射光的光谱几乎相同;而对于辐射模耦合,由于反射谱的包络受消光系数的调制,而不同偏振态入射光的消光系数不同,并且倾斜角度越大不同偏振态的入射光的消光系数差别越大,故在研究辐射模耦合时需要将偏振态予以考虑.

基于数据融合的倾斜光纤光栅应变测量

倾斜光纤光栅的透射谱中除了纤芯模之外还有一系列包层模。倾斜光纤光栅各个模式的应变传感特性是不同的,因此,可将每一个模式作为一只应变传感器测量应变。提出了利用倾斜光纤光栅的多个模式作为应变测量的多只传感器,在此数据测量基础上,采用数据融合方法提高数据测量的精度,从而得到应变的准确信息。这种方法计算简便,编程容易,在实际测量系统中具有很好的应用价值。

基于倾斜布拉格光纤光栅的高灵敏度折射率传感器

制备了不同倾斜角度的倾斜布拉格光纤光栅,用于测量周围环境的折射率.当环境折射率增加时,高阶包层模谐振峰会逐渐消失,即将逐渐消失的高阶包层模谐振峰的波长会随环境折射率的增大而线性增大.测得的折射率灵敏度在500 nm/RIU以上.通过选择适当的倾斜角度,制得的光纤传感器可以满足不同范围的折射率测量.

基于45°倾斜光纤光栅的线偏振输出掺镱光纤激光器

对工作于1064nm波段的45°倾斜光纤光栅的偏振依赖损耗特性与工作机理进行了分析．利用紫外曝光法，将周期为1070nm的常规相位模板旋转33°后，在光敏光纤上写制了45°倾斜光纤光栅，写制的光栅栅区长度为12mm，在1040～1085nm范围内偏振依赖损耗值为7dB左右．影响其偏振依赖损耗值的主要原因为相位模板的周期不是最佳值和栅区长度不够．利用写制的45。倾斜光纤光栅作为起偏器件，实现了线偏振输出的掺镱光纤激光器，其激光消光比高于30dB，输出波长为1065．4nm，3dB线宽为0．08nm，最高输出功率8．7mW，可长时间保持高偏振度稳定工作．

倾斜光纤光栅透射光谱对外界介质折射率的响应规律研究

倾斜光纤光栅因其独特的结构在传感和通信领域应用前景广阔。基于模式耦合理论,仿真研究介质折射率对倾斜光纤光栅透射功率谱的影响及其变化规律。研究结果表明,当介质折射率在1.35至1.4之间变化时,本文设计的倾斜光纤光栅透射功率谱包层谐振峰位置随外界介质折射率的增大而逐渐向长波长方向移动,波长偏移量与外界介质折射率之间呈良好的线性关系,利用这个结论可进行介质折射率的测量。

倾斜光纤光栅温度传感透射光谱研究

利用耦合模原理,研究了倾斜光纤光栅的温度传感原理,分析了基模及高阶模透射谱的温度特性,仿真模拟了基模谐振波长和高阶模谐振波长的温度漂移特性,研究了倾斜角度对谐振波长的影响。结果表明:各个模式的谐振波长均随温度线性增长;倾斜角度的增加,中心波长不漂移,透射带宽变窄。其结果对倾斜Bragg光纤光栅的生产和应用具有一定的指导作用。

倾斜长周期光纤光栅薄膜传感器特性研究

为设计高灵敏光纤光栅薄膜传感器,基于耦合模理论研究了表面镀制高折射率敏感薄膜的倾斜长周期光纤光栅(TLPFG)耦合特性和薄膜折射率传感特性。TLPFG能激发高阶(角向序数l>1)包层模耦合,高阶包层模耦合系数随倾角θ增大而增大,θ<80°时,高阶包层模耦合系数远小于1阶包层模耦合系数。研究表明,光栅倾角变化不影响包层模耦合谐振波长,但影响光谱透过率。进一步研究了TLPFG在θ<80°时1阶5次包层模耦合的光谱透过率对薄膜折射率变化的响应,分析了光栅结构参数(L、Λ、θ)和薄膜参数(h3,n3)对薄膜折射率响应灵敏度的影响,结果表明,响应灵敏度相比于非倾斜LPFG可提高一个数量级,对薄膜折射率的分辨率可达10-9。

准确检测液相中氢气浓度的倾斜光纤光栅传感器

为了实现液相中氢气体积分数的准确检测,该文利用钯、氧化硅超疏水溶胶和倾斜光纤光栅制备了氢气传感器。首先,在倾斜光纤光栅表面采用磁控溅射法涂覆了一层致密的钯膜,用于响应氢气体积分数变化信息;然后,采用镀膜提拉法在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水膜,用于阻止水分子进入钯膜内部,导致钯膜从光纤表面脱落,进而增强了传感器在液相环境下运行的稳定性。实验研究了钯膜厚度对传感器氢敏响应特性的影响,并利用传感器对液相中的氢气体积分数进行了检测。研究结果表明,传感器能准确响应液相中氢气体积分数的变化信息,当钯膜厚度为120 nm时,灵敏度达到-15.29 pm/%,最大相对误差为8.67%。

倾斜光纤光栅周期对其透射谱的影响

倾斜光纤光栅作为一种特殊结构的光纤光栅,近年来受到了研究人员的广泛关注。基于模式耦合理论,仿真研究了光栅周期对倾斜光纤光栅透射谱的影响规律。研究结果表明,纤芯导模与包层模的波长差和光栅周期之间存在良好的线性关系。利用这一结论可提高倾斜光纤光栅在应变测量中的灵敏度和检测精度,且能够实现单光纤多测量的目的。

修饰不同金纳米颗粒的极大角倾斜光纤光栅折射率传感特性研究

研究了分别使用大尺寸金纳米壳与星型金纳米颗粒修饰极大角倾斜光纤光栅(ExTFG)的局域表面等离子体共振(LSPR)传感器,实验对比了这两种ExTFG-LSPR传感器的折射率传感特性。实验结果表明:修饰星型金纳米颗粒的ExTFG传感器,其TM、TE模的基于波长变化的折射率灵敏度分别提升约15.52和12.8nm/RIU,但共振吸收效应不明显;而修饰大尺寸金纳米壳的ExTFG传感器,在大尺寸金纳米壳的LSPR作用下,其TM、TE模的基于波长变化的折射率灵敏度分别提升约31.1和26.99nm/RIU,同时,TM与TE模在C-L波段表现出强烈的共振吸收,基于归一化强度变化的折射率灵敏度分别约为185.18%/RIU和251.83%/RIU。

少模光纤倾斜光栅制备及扭转传感研究

设计了一种基于少模光纤倾斜布拉格光栅的反射型扭转传感器,小角度倾斜光栅中的纤芯基模与二阶模在光栅处发生互耦,通过测量该过程形成的反射峰强度变化实现扭转测量。分析了光栅倾斜角度对模式耦合效率的影响,采用相位掩模板法在线刻写光栅技术,在少模光纤上刻写了不同的小角度倾斜光栅;在此基础上选择倾斜角度为1°的光栅进行了单点、双点扭转传感实验,实验表明其反射光谱中基模与二阶模的互耦合峰(LP-LP)对光纤扭转敏感,可以实现对扭转角度大小的测量。在-50°~-150°逆时针扭转过程中,扭转灵敏度为0.52 dB/(rad·m),而在40°~190°顺时针扭转的角度范围内,扭转灵敏度为0.34 dB/(rad·m)。这种传感器具有在单根光纤上实现多点扭转传感的潜力,在多点扭转监测方面具有应用前景。

倾斜Bragg光纤光栅反射谱特性理论和实验研究

光纤B ragg光栅在通信和传感领域有着广泛的应用。根据倾斜光纤B ragg光栅的结构特点,利用耦合模原理,运用传输矩阵法,模拟分析了倾斜角度对光纤B ragg光栅反射特性的影响,并用实验对模拟结果进行了验证。实验和模拟结果表明:随着倾斜角的增大,中心反射波长向长波方向移动,反射带宽变窄,反射率减小。这个结论对倾斜B ragg光纤光栅的生产和应用有一定的指导作用。

基于数据融合的倾斜光纤光栅温度测量

为使倾斜光纤光栅所测量的温度测量值更准确地反映温度情况,提出了利用倾斜光纤光栅的不同模式作为温度测量的多个温度传感器,并在此测量数据的基础上采用多传感器数据融合的方法提高测量数据精度,得到更准确的温度信息。这种方法获得比有限个传感器的算术平均值更准确的测量结果,具有较高的可靠性,可推广到其他具有正态分布特性测量结果的多传感器测量系统。

倾角对倾斜光纤光栅光谱特性的影响

基于倾斜光纤光栅模式耦合理论,研究了倾斜角度对光纤光栅光谱特性的影响,并应用OptiGrating软件进行数值模拟仿真。通过对不同倾斜角度得到的光纤光栅反射谱及透射谱的研究发现,随光栅倾角的增大,布拉格波长的中心波长偏移,同时反射率下降,而包层模式耦合增强,透射损耗变大,群时延减小。仿真结果对光纤光栅的设计和优化有一定的指导意义。

倾斜光纤光栅折射率传感特性研究

根据倾斜光纤光栅的折射率传感原理,通过仿真研究不同包层模式在不同包层直径条件下有效折射率和包层模谐振波长的变化规律。结果表明:随环境折射率的增大,各阶包层模式的有效折射率变大,高阶包层模具有更好的折射率灵敏度。包层直径越小,引起的有效折射率偏移量越大。最后给出了环境折射率1. 35～1. 40范围内的波长拟合关系。

倾角对折射率剖面非均匀少模倾斜光纤布喇格光栅辐射场的影响

用体电流法(VCM:Volume Current Method)分析了光栅倾角θ对折射率剖面非均匀少模倾斜光纤布喇格光栅(FM-TFBG:Few Mode Tilted Fiber Bragg Grating)辐射场的空间分布和偏振敏感性的影响。仿真结果表明,S、P偏振输入光的辐射场形状相同,关于中心轴对称;S偏振光的辐射效率比P偏振光高;辐射场的偏振敏感性随θ的减小而减小;辐射场的空间分布随θ的变化而具有不同峰值;对于低阶的LP01、LP11模,在θ等于15°时,饱和长度δ在7μm左右可使辐射场的空间分布稳定,而当θ减小至9°时,δ需达到9μm才能使辐射场稳定;对于高阶的LP21模,场分布离纤芯较远,在不同θ下,δ都需要在9μm左右才能耦合出大部分功率。

体电流法分析矩型芯倾斜光纤光栅的辐射场

利用VCM法(volume current method)分析了矩形芯倾斜光纤光栅的辐射场特性.数值仿真了辐射场的二维空间分布,分析了矩形芯倾斜光纤光栅对不同偏振输入光的偏振敏感性.仿真结果表明,矩形芯倾斜光纤光栅对y偏振光的辐射效率比x偏振光的高;光栅的倾斜角越小,对不同偏振输入光的偏振敏感性也越小.X偏振光和Y偏振光的峰值辐射功率差在光栅倾角为3°时为1.8%,当光栅倾角增大到15°时达到16%.而在倾斜角小于7°的情况下,X和Y偏振光的辐射功率峰值差小于5%.

倾斜光纤光栅的传感特性

探究倾斜光纤光栅的温度和应变传感原理,并通过实验数据对温度与波长、透射率的变化情况进行线性拟合,结论表明无论是应变的改变还是温度的改变都可以造成TFBG纤芯模和"ghost mode"的谐振峰向长波长方向移动,呈线性增长,具有良好的线性关系,且TFBG对应变的灵敏度大于对温度的灵敏度.该方法具有测量方便等优点,在实际应用中具有一定的价值.