基于开腔式马赫-曾德尔光纤干涉仪的高灵敏溶液浓度传感器

溶液浓度是表征溶液特性的关键参数之一,当监测和控制溶液浓度特性时,需要实时分析监测某些溶液的浓度。光纤传感器由于具有灵敏度高、结构小巧紧凑、响应速度快、抗电磁干扰及远距离实时检测等优点,广泛用于各种物理、化学以及生物测量传感。为了实现高灵敏的溶液浓度测量,通过大错位熔接技术将三段单模光纤制备成开腔式马赫-曾德尔(Mach-Zehndel,M-Z)光纤干涉仪,通过监测干涉条纹某一损耗峰的波长漂移,实现了溶液溶度高灵敏度的检测。实验结果表明,该开腔式光纤干涉型溶液浓度传感器结构小巧、可重复性高、灵敏度高,灵敏度为-25.27 nm/%。

基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器设计

电流互感器作为一次侧电流的常用计量设备之一,它在电力系统的交流电测量、继电保护、电力设备检修控制等相关领域均具有十分重要的地位。针对传统电流互感器存在的线性度低、抗干扰能力差及精度低等问题,尤其在工频小电流精确测量这一难题方面更是捉襟见肘。鉴于此,本文提出一种基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器。该互感器利用电流经过电阻所产生的焦耳热改变光纤中的光信号特征,从而引起马赫-曾德干涉仪的输出信号变化,然后通过光电探测器完成对干涉仪的光信号捕捉,并将其转换为电信号输出,完成工频小电流检测。结构上通过采用PCB型罗氏线圈作为感应取电装置,并利用MATLAB完成其动态响应分析。另外针对信号采集、传输、处理过程中所出现的噪声信号,设计了基于FPGA技术的信号处理系统,以提高信噪比。最后通过实验对工频小电流进行测量,线性度为0.9961,检测精度可达到0.14%。实验结果表明提出的光纤电流互感器相较于传统光学电流互感器相比,具有更高的线性度和测量精度,为基于热效应的电流互感器发展提供了新的思路,也为工频小电流的测量提供了一种新的方法。

基于光纤粗锥型马赫-曾德尔干涉仪的高灵敏度温度传感器的研制

光纤传感是现代光纤技术的重要应用之一。制作了一种基于两个单模光纤粗锥串接的全光纤型马赫-曾德尔高温高灵敏温度传感器。纤芯中传输的光通过第一个光纤锥耦合，一部分进入纤芯传输，另一部分进入包层形成包层模，纤芯模和包层模具有不同的有效折射率，经过干涉臂的传输产生了光程差。纤芯和包层传输的光再经过第二个光纤锥耦合，形成干涉进入输出光纤传输。对不同长度的传感器进行实验研究，得出传感臂长度与干涉周期之间的关系。研究了传感器温度响应特性，给出了温度响应灵敏度。实验结果表明，在30～400℃温度范围内，长度为35 mm的传感器可以得到较高的温度响应灵敏度，其响应灵敏度为0．115 nm·℃^-1。利用傅里叶变换对传感器透射谱进行了分析，可以确定在长度为35 mm的传感器中仅有基模LP01和高阶模LP08两种模式，透射谱就是由这两种模式干涉形成的。该传感器体积小、精度高、抗电磁干扰，具有易于制作、对比度大、质轻、灵敏度高、耐高温等优点。可用于高温气体温度测量及油气井测井等领域的高灵敏度温度传感测量。

双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性

对适用于温度传感的双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪进行了研究,并通过将一根单模双芯光纤熔接在两根单模光纤之间,制得了双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪型梳状滤波器。用干涉原理分别分析了该器件传输谱的自由空间谱宽与波长、双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率差的关系,实验检测了它的温度特性。结果显示,随着温度的升高,该器件的传输谱发生红移。在相同温差下,不同波长处的波长漂移值不同,短波长处波长漂移较小,长波长处波长漂移较大。在固定波长处,该器件的传输谱的波长漂移实验数据与温度变化具有较好的二次曲线关系。该器件的温度灵敏度和波长有关,不同波长处灵敏度不同;固定波长处,灵敏度与温度成正比。另外,通过对单模光纤与双芯光纤熔接处的拉锥处理,可以有效降低所制器件的插入损耗。实验制得了插入损耗约为7 dB的梳状滤波器,其体积小、制作容易、与光纤系统具有良好的匹配性,可应用于光纤温度传感。

光纤锥在线型马赫-曾德干涉仪的折射率传感特性

提出了一种基于光纤锥的在线型光纤马赫-曾德干涉仪式折射率传感器.传感器是在一根单模光纤上使用光纤熔接机拉制出两个光纤锥,光纤锥的直径为43.7μm,长度为480μm.干涉仪中光纤锥充当光纤耦合器,激发出光纤高阶模,并将高阶模耦合进单模光纤使之与纤芯基模形成模间干涉.被环境溶液的折射率、温度的变化改变模式间相位差,将导致干涉仪的传输光谱发生漂移,从而实现传感测量.实验结果表明：当环境溶液的折射率变化范围为1.335~1.403RIU时,传感器的折射率灵敏度为-128.233nm/RIU;当水溶液的温度变化范围为30~75℃时,传感器的温度灵敏度为0.111nm/℃.该传感器具有制作方法简单、灵敏度高、成本低等特点,可应用于生物传感测量.

基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪的研究

研究了一种基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪,进行了液位和曲率的测量实验,利用错位结构将纤芯模式激发到包层,包层模式经过花生形结构被耦合到纤芯与原有的纤芯模式发生干涉。包层模式对外界物理量如折射率、应力的变化敏感,导致透射光谱漂移。波谷波长的漂移量与液位和曲率的变化成线性关系,利用波谷的漂移实现液位和曲率的测量。在液位实验中,在水位变化范围为1.00~5.00cm时,波谷向短波方向漂移,灵敏度最高为-0.68nm·cm^(-1),线性拟合度为0.995 4。在曲率实验中,曲率的变化范围为0.3~1.2 m^(-1)时,波谷向长波方向漂移,灵敏度最高为22.47nm·m,线性拟合度为0.986 4,表现出较高的灵敏度。错位结构和花生形结构被用于组成马赫-曾德干涉仪,用普通的光纤熔接机和普通单模光纤即可熔接,结构和制作方法简单,灵敏度高,尤其在曲率的测量中表现出较高的灵敏度。

基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器研究

为进一步促进光学电流互感器(OCT)在电力系统中应用,将光纤传感技术与磁致伸缩材料相结合,提出了一种新型的OCT的设计方法。将干涉仪的两个臂分别沿平行于磁场方向和垂置与磁场方向回环粘贴在正方形磁致伸缩材料的两个表面上,确保光纤均匀、对称分布,上下表面上光纤正交排列、匝数相同,形成双臂对称型的马赫-曾德干涉仪,得到了一定的温度补偿,消除了磁致伸缩材料热膨胀带来的测量影响,测量误差为0.65%,表明了该结构能达到温度补偿的效果,在一定程度上解决了阻碍OCT实用化进程的测量温漂问题。

基于光纤布喇格光栅和马赫-曾德尔干涉仪的新型ROADM

讨论了单极的基于光纤布喇格光栅的马赫-曾德尔干涉仪(MZ-FBG)的串联OADM,并且在单极的MZ-FBG基础上加入光开关和合波器进行改进,设计了一种新型的并联ROADM。这种结构的ROADM避免了串联OADM缺乏可控机制和保护功能的缺点,具有很大的可扩展性。为验证该结构的优越性,设计并分析了4级并联的ROADM,实验结果表明,该ROADM在直通状态、下载状态和上载状态下的平均插入损耗均小于3dB,信号间的隔离度大于20dB。最后讨论了影响该结构的ROADM性能的主要因素。

光纤马赫-曾德干涉仪在自发布里渊散射测量中的应用

从理论上详细分析了全光纤马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉仪的光学滤波原理,将所研制的全光纤单通马赫-曾德干涉仪应用于自发布里渊散射测量中,初步实现了色散位移光纤中自发布里渊散射与瑞利散射的有效分离及自发布里渊散射谱的测量。

基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪的微位移传感研究

研究了一种基于全光纤马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪的高灵敏度微位移传感器,将干涉仪的一个臂固定在微动平台上,在消除环境干扰的情况下,通过对干涉仪臂的拉伸,从光谱仪观察干涉谱线中某一特定波长的移动与拉伸长度成正比,从而实现了一种位相调制型微位移传感器。当位移变化0.0020mm时,波长移动了0.61nm,调谐速率为305nm/mm,线性拟合度为0.9994。

基于多模干涉与马赫-曾德尔干涉效应的光纤振动传感器研究

提出了一种结合多模干涉效应的新型马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构,并将其用于振动检测研究。与基于两个3 dB单模光纤耦合器(OC)级联而成的传统MZI不同的是,文章采用多模OC与单模OC共同构成MZI。利用芯径为105μm的阶跃折射率分布多模光纤与芯径为62.5μm的渐变折射率分布多模光纤分别采用熔融拉锥法制作了分光比为1∶1的3 dB多模OC,并将其分别与3 dB单模OC构建了MZI,同时为了对比,也利用两个单模OC构建了MZI。分别对采用不同类型OC构建的MZI中的一个干涉臂施加振动干扰,并使用示波器进行数据采集和分析。结果表明,基于芯径为105μm的阶跃折射率分布多模耦合器构建的MZI具有最大的可检测振动频率范围,为1~20 kHz,同时在振动频率偏差和振动频率鉴别能力上也表现最优。

关于光纤马赫-泽德尔干涉仪多参量测量的性能探讨

从解调理论入手 ,对光纤马赫 -泽德尔干涉仪的多参量测量功能进行了探讨 ,得到在一定条件下 ,通过对输出信号的频谱分析可同时检测调强。

用全光纤马赫-曾德尔干涉仪测量光敏光纤的光致双折射

提出了一种用全光纤马赫-曾德尔干涉仪测量光敏光纤的光致双折射率的新方法,所得的归一化双折射率可达10-5.

马赫-泽德光纤干涉仪的类别、特性及应用

马赫-泽德光纤干涉仪具有许多光电传感器无法比拟的优点,在国防军事,工业民用及高科技领域中都有着广泛的应用。本文介绍这类传感器的类别、特性及应用。

基于马赫-曾德尔干涉仪的全光纤梳状滤波器的研究

交叉复用Interleaver技术已成为解决网络扩容的有效办法。而全光纤型的梳状滤波器由于其优异的特性使其成为交叉复用技术的首选。本文对于几种基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪制成的梳状滤波器介绍了他们的数学模型以及对他们的输出光谱等特性进行了仿真和比较,说明了其应用前景及其优异的特性。

温度和振动对光纤马赫-曾德干涉仪的影响与动态补偿研究

环境温度变化和振动会引起光纤马赫-曾德干涉仪两臂相差随机性变化,致使干涉仪输出不稳定.本文研究了自然条件下外界温度和振动对基于3×3耦合器干涉仪的影响,分析结果表明,温度和振动所引起的干扰主要集中于100Hz以下的低频成分中.为了消除这些干扰,设计了单臂补偿的反馈回路以稳定输出信号,并提出了一种利用象限判决方法来区分反馈正负性的动态补偿方法.实验中利用3×3耦合器3个输出端中其中2个进行光电变换、差分放大等反馈电路后驱动管状压电陶瓷,使缠绕在其上的光纤伸缩,动态补偿干涉仪相差的漂移,稳定干涉仪输出即3×3耦合器第三输出端口的信号.针对自然环境下温度和振动引起的干扰,本文研制了一种稳定的动态补偿装置,能有效抑制160Hz以下的低频干扰,实时补偿干涉仪两臂的相差漂移,干涉仪输出稳定的干涉信号,波动幅度小于5.64%.

基于量子增强型光纤马赫-曾德尔干涉仪的低频信号测量

利用低频光通信波段真空压缩态光场可实现基于光纤的量子精密测量.本文利用简并光学参量振荡器实验制备出1550 nm低频真空压缩态光场.在分析频段10—500 kHz范围内压缩态光场的压缩度均达3 dB.用实验制备的1550 nm真空压缩态光场填补光纤马赫-曾德尔干涉仪的真空通道,实现了量子增强型光纤马赫-曾德尔干涉仪,完成了突破标准量子极限的相位调制频率为500 kHz的低频信号测量.与光纤马赫-曾德尔干涉仪相比,测量信噪比提高了2 dB.

基于光纤马赫-曾德尔干涉仪光纤水听器的实验研究

本文对基于马赫-曾德尔干涉技术的光纤水听器系统进行了实验研究.根据光外差检测原理,利用自制的全光纤马赫-曾德尔干涉仪系统,对鱼群活动引起的扰动信号进行了测量和分析.得到在一定条件下,随着鱼群活动区域面积的增加或温度的降低,探测灵敏度呈线性减小,最小分辨能力下降的结论.实验结果表明:随着活动区域直径的降低,系统灵敏度分别为1.606 6、2.349 9和2.412 5μW/条,最小分辨力分别为14、10和8条;随着活动区域温度的降低,系统灵敏度分别为1.339 1、1.022 7和0.432 1μW/条,最小分辨力分别为4、6和18条,测量结果与分析得到的结论一致.

基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的强度测量研究

根据光外差检测原理,分析得到干涉测量适用于信号光强小于参考光强的探测,直接测量适用于信号光强大于参考光强的探测的结论。利用自制的全光纤马赫-曾德尔干涉仪系统,对位移信号进行了测量。实验结果表明:当位移信号较小时,干涉测量的灵敏度分别为62.068μW/mm和9.90mV/mm,而非干涉测量的灵敏度分别为4.30μW/mm和0.35mV/mm;当位移信号较大时,干涉测量的灵敏度分别为2.643mV/mm和0.055mV/mm,非干涉测量的灵敏度分别为12.326mV/mm和4.194mV/mm,测量结果与分析得到的结论一致。对于光纤干涉仪强度调制检测的应用具有参考价值。

同时测量温度和应变的全单模光纤马赫-曾德尔干涉仪

为了实现低成本的温度和应变同时测量,利用光纤熔接机的熔融放电原理制备了基于全单模光纤(SMF)的花生和J型结构级联的马赫-曾德尔干涉仪(CPJS-MZI)。首先利用光纤熔接机的球形程序将两段单模光纤的端面熔成球形,再将小球熔接到一起形成花生型结构;然后在距离花生结构15mm处,将两根单模光纤端面错位一定距离,对其进行熔接形成J型结构;最后对所制备的器件进行温度和应变传感性能的测试。实验发现,CPJS-MZI单个干涉峰强度和波长对应的温度灵敏度分别为-0.012 5dB/℃和52.9pm/℃,应变灵敏度分别为0.015 2dB/με和-11.44pm/με。结果表明,基于SMF的CPJS-MZI可利用单峰实现温度和应变的同时测量,且具有尺寸小、制备容易、成本低等优点,在同时测量温度和应变传感领域具有潜在应用价值。