基于甲烷吸收峰波长参考的温度自适应光纤光栅解调系统

设计了一种基于甲烷吸收峰波长参考的低成本、低功耗、温度自适应的布拉格光纤光栅(FBG)解调系统。详细介绍了该系统的总体设计和关键技术,包括:垂直腔面发射激光器(VCSEL)的特性分析和选取、甲烷吸收峰波长选取和甲烷吸收峰波长与VCSEL扫描波长范围匹配、光纤光栅波长选取和光纤光栅波长与VCSEL扫描波长范围匹配、利用甲烷气体吸收峰波长作为参考波长测量计算FBG的波长变化。实验结果表明,该系统无需温控,即可动态地选择和锁定不同的甲烷吸收峰波长作为参考波长解调光纤光栅波长,在10~40℃工作温度下系统的有效波长扫描范围为3.5nm,可作为无线传感网络的传感节点。

基于长周期光纤光栅的FBG解调方法

研究了基于长周期光纤光栅(long-period fiber gratings,LPFG)的光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratings,FBG)解调方法,该方法利用LPFG的透射谱作为边沿滤波器解调FBG,其解调性能主要取决于LPFG的透射光谱深度。详细分析了CO_(2)激光写制法对透射光谱的影响,制作了透射光谱深度为25 dB的LPFG,并采用该光栅搭建了FBG解调装置,将FBG粘贴于金属应变片表面,测试了其静态与动态响应特征。实验结果表明:该方法制作简单,成本低,具有较好的线性动态范围,可以实现较高灵敏度的FBG解调。

线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法

研究并实现了一种基于256像元线阵In Ga As扫描的光纤布拉格光栅传感解调系统。针对线阵In Ga As探测器,分析了光纤光栅反射谱中心波长定位原理,可实现多个FBG光谱的同时解调,单通道解调传感器数量取决于FBG的带宽和中心波长漂移范围。对256个像素点的光谱数据,通过设置的阈值判断反射谱的个数,分别对每一个谱峰进行拟合,基于高斯指数曲线模型实现了寻峰算法,获得了中心波长。搭建FBG解调系统采集光谱数据,寻峰算法的稳定性达到±0.5 pm。该解调方法无机械移动部件,实现了多光纤光栅波长寻峰的并行快速响应,波长解调范围为1 525~1 570 nm,为多光纤光栅传感提供了高速解调方案。

基于线阵扫描的FBG高温传感解调系统

为了实现光纤布拉格光栅温度传感的高速解调,建立基于线阵分光扫描法的解调系统。该系统通过SLD宽带光源、线阵InGaAs探测阵列以及FPGA控制芯片实现高速解调。基于FPGA控制芯片,完成探测单元及采样单元电路设计,并给出系统实施方案。采用飞秒激光制备的聚酰亚胺涂层的纯石英光纤布拉格光栅传感器搭建高温传感系统,对于传感信号进行高斯拟合实现寻峰。该解调系统无机械扫描部件,可实现光纤布拉格光栅的高速解调,波长解调范围为1 500 nm~1 650 nm,扫描频率为17 kHz,波长分辨率为7 pm,温度分辨率小于1℃。

基于虚像相位阵列的高分辨率光纤光栅传感解调

用虚像相位阵列(VIPA)和红外成像系统来实现高分辨率的布拉格光纤光栅(FBG)的波长解调,通过VIPA结合衍射光栅,使输出的光束按波长分布到二维平面上,实现波长与成像面上空间坐标的一一映射,然后使用红外成像系统来检测。整套装置没有可移动部件,具有很好的可重复性、稳定性和可靠性。通过实验对该方法进行了验证,具有较高的分辨率,系统的分辨率小于2pm。

改进的锯齿形光谱滤波器

锯齿形光谱(JAWS)滤波器的光谱成分比较复杂,是一种较难实现的光谱滤波器。本文通过数值仿真对基于虚像相位阵列(VIPA)的JAWS滤波器的主要参数如线性度、占空比和信噪比(SNR)等进行了优化,并进行了实验验证;通过对JAWS滤波器插损的分析,将反射式的工作方式改变为透射式的工作方式,使整个滤波器的附加损耗从20dB减小到小于6dB;同时,滤波器的性能也有了明显的进步。