长周期光纤光栅(LPFGs)的谱结构研究

利用相位匹配条件,从理论和实验上研究了均匀LPFGs的谱结构特点结果表明,导模和不同包层模耦合产生的光谱特性有很大差别在模序较小时,谱宽较小;模序增加,谱宽也增加;在某一模序附近,谱宽达到最大;以后随模序增加,谱宽迅速减小给出了LPFGs中透射谱的最大损耗率及3dB带宽与包层模序、光栅周期、耦合系数和栅长的关系这些关系对设计满足特定最大损耗率和带宽的带阻滤波器或增益均衡器提供一种理论参考选用不同的包层模、耦合系数和栅长。

基于双长周期光纤光栅边缘滤波的FBG冲击监测系统研究

从长周期光纤光栅(LPFG)透射光谱和光纤布拉格光栅(FBG)解调原理角度,详细研究了LPFG透射光谱的边缘滤波特性,设计了一种基于双长周期双边缘滤波的FBG冲击监测系统方案,对该方案进行了冲击信号监测验证,采用电涡流传感系统对其进行验证.结果表明该系统对冲击信号具有较好的响应度和精确度,实验结果符合结构监测领域对冲击响应监测的需要,具有广泛的应用前景.

长周期光纤光栅温度传感器应变交叉敏感的研究

长周期光纤光栅是透射谱光栅,纤芯基模与同向各阶包层模发生耦合,谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感,比传统布拉格光纤光栅具有更好的温度、应力、弯曲、扭曲、横向载荷、折射率等的传感特性。由于长周期光纤光栅对两个或者多个参量都是敏感的,当光纤光栅用于传感测量时,很难分辨出各个参量分别引起的被测量的变化,交叉敏感问题比布拉格光纤光栅严重的多。交叉敏感是光纤光栅传感中的关键问题。分析了目前较为典型的解决策略和方案,在此基础上提出了联系的思想和解决方案,提出并实验验证了一种解决长周期光纤光栅温度传感测量中应力与温度的交叉敏感问题。充分利用了LPFG温度与应变交叉敏感的现象,利用联系的思想,将应变对温度的负面干扰转变为正面的增敏。

热光系数与长周期光纤光栅的温度灵敏度研究

利用受温度影响的光纤的本征方程和相位匹配条件,从理论上研究了长周期光纤光栅(LPFGs)的温度响应特性,给出了LPFGs的温度灵敏度的解析表达式。对利用低模序包层模的LPFG进行了实验研究。结果表明,利用不同包层模的LPFGs具有不同的温度灵敏度。分析了光纤的材料热光系数和模的热光系数的差别。单模光纤导模的热光系数接近纤芯的材料热光系数,而包层模的热光系数比包层的材料热光系数大,模序越大,其值越大。适当调整纤芯和包层的热光系数,并选用不同的包层模,可以得到对温度灵敏或不灵敏的LPFGs。

长周期光纤光栅折射率特性仿真的新方法

基于长周期光纤光栅的模式耦合机理,提出一种快速模拟长周期光纤光栅折射率特性的方法。该方法在计算包层模式的有效折射率时分开计算,在环境折射率小于包层折射率时采用二分法和分步搜索法结合计算包层模式的有效折射率,在环境折射率大于包层折射率时采用Nelder-Mead加分步搜索法求解包层模式的有效折射率。在应用谐振波长的决定式求解与环境折射率的匹配的谐振波长时,采用变区间应用二分法求解而不是传统的逐步搜索法求解谐振波长。数值结果与实验结果做了对比,两者基本一致。实践证明,该方法方便快捷,比一般的方法速度提高7倍以上。

基于长周期光纤光栅谐振光谱调制的氨氮降解监测研究

从长周期光纤光栅(LPFG)谐振透射光谱随外界环境折射率变化敏感特性的角度,详细研究了LPFG氨氮降解监测传感器的工作原理,分析了LPFG谐振峰波长与氨氮溶液浓度之间的对应关系。采用LPFG透射光谱检测技术,获得7种不同浓度氨氮溶液所对应的LPFG透射光谱曲线族,其谐振峰波长随溶液浓度的增大而逐渐向长波方向偏移,波长变化量从2.707 nm减至0.068 nm,且变化量与溶液浓度值呈良好的对应关系,其响应度为52.78 pm.mg-1.L。通过监测LPFG光谱变化获取氨氮溶液的浓度,进而判断氨氮溶液的降解过程及程度。该方法对溶液直接进行监测,简单易行,测量及传导光路实现全光纤化,无需化学试剂标记,可实现对氨氮溶液降解过程的在线、精确及远距离遥测。

基于长周期光纤光栅的增益平坦滤波器的研制

文中主要介绍了用长周期光纤光栅(LPFG)制作增益平坦滤波器(GFF)时要注意的一些技术性问题,其中包括光敏光纤的选择、光纤模式的选择、写光栅的曝光强度、波长漂移量的预留。

高频CO_2激光脉冲写入长周期光纤光栅的弯曲特性分析

分析了高频CO_2激光脉冲写入的长周期光纤光栅弯曲的谐振波长漂移灵敏度、谐振峰幅值变化的机理,讨论了新型长周期光纤光栅弯曲方向相关性并进行了数值计算,分析结果与实验结果相符.

长周期光纤光栅的轴向应变传感特性研究

利用不同包层模的长周期光纤光栅(LPFGs)具有不同的轴向应变灵敏度,降低或提高应变灵敏度对通信和传感领域具有重要意义.利用分析各向异性波导的方法,从理论上分析了LPFGs对轴向应变的响应特性,并进行了实验研究.当光纤受到轴向应变时,纤芯和包层都变成了单轴晶体,利用相位匹配条件和单轴晶体光纤的本征方程,研究了LPFGs的谐振波长对轴向应变的响应特性.结果表明,基于不同包层模的LPFGs,对轴向应变的灵敏度有较大差别.谐振波长有向长波方向偏移,也有向短波方向偏移.模序较低时,灵敏度较小,中等模序灵敏度最大,高阶模序灵敏度则较高.

用于S波段光纤拉曼放大器增益平坦的长周期光纤光栅设计

根据实际所测得的S波段光纤拉曼放大器的信号增益谱,通过对长周期光纤光栅具体参数的选定,由两个长周期光纤光栅级联滤波的组合,可以使增益图谱在50 nm(1485-1535 nm)带宽内,增益平坦度达到±0.6dB以内.由三个长周期光纤光栅级联滤波组合,可以使增益图谱在49 nm(1490-1539 nm)带宽内,增益平坦度达到0.5 dB, 55 nm(1485-1540 nm)带宽内,增益平坦度达到1 dB.这对扩大长周期光纤光栅增益平坦滤波器的运用范围,扩大单泵浦S波段光纤拉曼放大器的有效增益带宽有着积极的意义.

长周期光纤光栅的温度特性研究

文中对长周期光纤光栅的温度特性做了详细的理论分析和数值模拟。模拟结果表明,长周期光纤光栅耦合的谐振波长的漂移和温度的变化具有较好的线性关系,而其耦合的谐振波长既可向长波长处漂移也可向短波长处漂移,这决定于具体光纤的参数(尤其是光纤纤芯和包层的热光系数)和光栅的周期(决定其耦合的模式次数)。

长周期光纤光栅液体温度传感特性研究

从长周期光纤光栅温度传感特性的基本原理入手,分析了长周期光纤光栅在液体环境中的温度传感特性,并对其在液体溶液中和空气中的温度特性进行了对比实验研究。实验结果表明,长周期光纤光栅在液体中的温度特性与在空气中的一致,均随着温度的升高,谐振波长向长波长方向漂移,温度降低时,谐振波长向短波长方向漂移,且基本成线性关系。在30℃到90℃范围内,液体环境温度灵敏度约为0.079nm/℃,损耗峰幅值波动不超过2.3dB。

高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的设计

为提高光纤光栅温度传感器的灵敏度,文中采取纤芯弹光系数大于包层弹光系数的长周期光纤光栅且在其包层外面涂覆一层随温度的升高折射率减小的薄膜材料,同时采用热膨胀系数大的金属封装光栅三种增敏措施。计算表明,增敏后的温度传感器其灵敏度系数为0.2375nm/℃,温度测量分辨力小于0.1℃。

基于压力槽可调谐长周期光纤光栅模块的设计

提出一种基于机械微弯变形法的能够同时生成不同谐振波长的多个长周期光纤光栅的制作方案。仿真分析了该方案中各参数(如光栅有效长度、倾斜角度以及外界应力)变化对长周期光纤光栅损耗峰深度和谐振波长的影响。结果显示,长周期光纤光栅的损耗峰深度主要受光栅有效长度和压力影响,而倾斜角度大幅度改变谐振波长位置。

镀膜参数对长周期光纤光栅传感特性的影响

基于严格的镀膜长周期光纤光栅(LPFG)三包层模型,用Optigrating模拟了镀膜与不镀膜时LPFG透射谱,并结合MATLAB和Origin整理数据,给出LPFG透射谱变化规律。研究发现,在LPFG表面镀适当厚度金属薄膜时,将产生表面等离子体共振,使得温度和折射率传感灵敏度明显提高,而对应变传感影响不大。

应用LPFG/EFPI集成式光纤传感器实现温度及应变的同时测量

叙述了基于LPFG/EFPI的集成式光纤传感器的结构、温度和应变同时测量的原理及实验 ,首次制作了该传感器并测试了其性能 实验结果表明温度精度为± 0 .5℃ ,应变精度为± 2 0 με 。

基于光纤光栅光谱分析的混凝土结构钢筋锈蚀监测

混凝土中钢筋发生锈蚀会严重影响混凝土结构的使用功能,文章提出了通过观察长周期光纤光栅(LPFG)的透射谱变化对混凝土结构中的钢筋锈蚀进行监测。这种方法基于长周期光纤光栅的微弯特性,利用其透射光谱随弯曲度增加逐渐变浅、谐振波长处的光功率与LPFG的弯曲度成线性这一特性,将钢筋锈蚀引起的钢筋径向膨胀转化为光栅的弯曲,通过监测光栅的光谱变化获知光栅的弯曲度进而判断钢筋的锈蚀程度,该方法对钢筋直接进行监测,简单易行,并利用光栅的光谱特性从而避免了环境温度、应变、折射率的影响,实验将光栅埋入到混凝土构件中,从已取得的实验结果来看,这种方法测量钢筋锈蚀厚度的准确度可达1.2μm,可监测到的锈蚀厚度达3 mm,完全能够实现混凝土结构中钢筋锈蚀的早期至中期监测。

利用光纤光栅测量加速度的方法研究

提出了一种基于长周期光纤光栅（LPFG）弯曲特性的加速度传感方法。传感系统采用悬臂梁结构，LPFG粘贴于悬臂梁的上表面，将悬臂梁的自由端受力产生的梁体弯曲转变成长周期曲率的变化，来监测光栅谐振谱的幅值和波长变化。并在系统中加入布拉格光栅（FBG），利用其反射特性记录固定波长处长周期光栅谐振谱的变化，然后将其转化为加速度值。实验测得系统灵敏度为0．85dBm／g，系统线性度良好且线性拟合度达0．99091，布拉格光栅对系统的优化作用明显，使得系统灵敏度获得较大提高并实现灵敏度可调。

单个LPFG实现溶液温度和折射率测量的两种方法

长周期光纤光栅(LPFG)具有不同损耗峰,对外界环境表现出不同的灵敏度;一个损耗峰近似线性区的光强对数值与外界环境参量均具有线性关系,并且折射率在一定范围内时损耗峰中心波长与外界环境参量同样具有线性关系。本文提出两种单个光纤光栅进行温度和折射率同时测量的方法,长周期光纤光栅透射谱的两个不同阶次的损耗峰具有不同的温度和折射率灵敏度;一个损耗峰的近似线性区内光强对数值和其损耗峰同样具有不同的温度折射率灵敏度。利用这两种谱特性实现单个光栅双参数测量。对长周期光纤光栅的光谱进行理论分析和数值仿真,证实了这两种方法的可行性。单个长周期光纤光栅作为传感器较其他结构复杂的传感器的灵敏度相对较低,由于其解调简单、成本低廉、体积小巧,具有很好的应用前景。

基于长周期光纤光栅线性边缘滤波的地震波解调系统

设计一种针对地震波信号的解调系统,讨论了长周期光纤光栅(LPFG)制作时参数的控制方法,选用边缘特性良好的LPFG做线性边缘滤波器,在1 550.35~1 553.14 nm间具有0.998 96的线性拟合度,功率灵敏度达1.692 dBm/nm。在信号处理中,采用参考光路与滤波光路比较,消除本底信号的影响;利用LabVIEW软件代替部分硬件,并作为信号采集及信号分析处理功能模块,使系统解调检测波长灵敏度达到1.13 pm/mV,在低频段(2~150 Hz),动态分辨率为0.08 pm/(Hz)^(1/2),动态范围为50~60 dB。本文解调系统操作简单、灵敏度高、稳定性好、性价比高且响应速度快,可以用于地震勘探。