多相移间插取样光纤光栅滤波器的设计与优化

【目的】取样光纤布拉格光栅(SFBG)以其梳状滤波特性引起人们的普遍关注,成为光纤光栅技术研究的新热点。显然,设计具有高通道数、平顶和窄带宽的光学滤波器具有重要的工程意义。文章提出了一种插入多相移(MPS)的间插取样光纤布拉格光栅(ISFBG)滤波器。【方法】ISFBG具有大量反射通道,通过插入MPS,可引入多个平顶窄传输通道。通过优化插入ISFBG的两个π相移的位置,首先设计了具有41个传输通道的光学滤波器,该滤波器覆盖C波段,通道间隔为100 GHz,每个传输通道都具有平顶响应,3 dB带宽较窄(<1 GHz),形状因子较小(<3.2)。接着,保持其他结构不变,通过优化插入3个π相移的位置,可在此基础上进一步减小形状因子,从而改善传输通道的矩形形状。通过引入MPS技术,设计了插入3个π相移的ISFBG,可实现通道数目加倍,通道间隔减半。【结果】演示了一种通道数目为81的平顶窄带宽的光学滤波器,该滤波器覆盖C波段,通道间隔为50 GHz,多通道的3 dB带宽为900.5 MHz,形状因子接近2.17。同时讨论了MPS的大小、位置和光纤的等效长度的精度对于实际制造的影响。【结论】所设计的滤波器具有较高通道数,每个通道都具有平顶响应且带宽较窄,符合设计目的。这种滤波器在多波长激光器和多波段微波信号处理系统中具有潜在的应用前景。

基于Sagnac滤波器的可调谐掺镱锁模光纤激光器研究

为了在光纤激光器中获得具有中心波长可调谐的锁模脉冲输出,采用半导体可饱和吸收镜和Sagnac环作为腔镜,搭建了线性腔掺镱锁模光纤激光器,并进行了实验验证。通过调节泵浦功率和Sagnac环中的偏振控制器,在泵浦功率140 mW保偏光纤长度为18 cm时获得最大的调谐范围输出,输出中心波长从1032.53 nm连续调谐至1043.76 nm,调谐范围为11.23 nm。该研究可以为搭建结构紧凑的可调谐激光器提供设计方案。

全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器

本文提出并展示了一种全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器。通过优化光栅层厚度,使其能够在支持TE导模的同时抑制TM导模。本文设计的滤波器呈现出可调谐的单一反射峰,峰值反射率理论上可达100%。当入射角改变时,共振波长可以由642.5 nm调节至484.6 nm。该反射峰是由一级衍射波与TE导模(基模)之间的共振效应所产生的。同样地,通过按比例增加光栅层的厚度和周期可实现应用于更高动态范围的可调谐滤波器。

基于Sagnac和MZI的被动光纤平顶滤波器研究

为实现全光纤交叉连接(OXC)装置小型化和被动化,通过理论研究全光纤的马赫-曾德尔滤波器(MZI),将全光纤可调偏振控制器与Sagnac环形结构结合,获得可调节偏振控制器的滤波器,并实现双通道输出可调谐平顶滤波和可开关特性,满足单波100 Gbit/s、200 Gbit/s或400 Gbit/s等不同超高速光纤通信系统对于高品质光学梳状滤波器需求。

光纤Bragg光栅校准可调谐F-P滤波器解调系统的研究

基于可调谐光纤（TF）Fabry-Pent（F-P）滤波扫描传感光纤Bragg光栅（FBG）反射的原理，针对可调谐光纤F-P滤波器的透射波长与驱动电压的非线性与不重复性，提出一种新颖的利用置于恒温箱内的FBG来提供波长参考，得到光纤F-P滤波器小范围内的电压-波长线性关系，对一温度传感器进行了试验检测，在30-130℃范围内，系统的平均偏差为0．52℃。

基于可调谐FP滤波器的光纤光栅解调系统

为了进一步提高光纤光栅解调系统的性能,提出和研究了一种新颖的基于可调谐FP(FabryPerot)滤波器的光纤光栅解调技术,并以此为基础构建了探测系统。系统使用一个固定波长的参考光纤光栅作为波长参考元件,通过对传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长测量与差值运算,消除了可调谐FP滤波器腔长漂移对测量精度的影响。给出压电陶瓷电压对应的伸长量,有效地减小了压电陶瓷非线性对测量的影响,提高了光纤光栅波长的测量精度。在测量范围内,最大非线性偏差为0.5%。

基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅传感解调系统寻峰算法对比分析

设计出一种基于可调谐F-P滤波器的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感解调数据采集与处理系统。为了尽可能提高光纤光栅传感器的精度,分别采用质心法、三次样条插值法、最小二乘法、高斯多项式拟合法等对数据采集系统获取的原始信号数据进行光纤光栅波长寻峰算法研究,并分别将拟合结果与光谱仪测量波长数据进行比较。结果表明,高斯多项式拟合法精度和稳定性较好,且能满足实时性要求。

基于双金属结构的光纤光栅温度不敏感滤波器

为提高光纤陀螺宽谱光源的平均波长稳定性,提出了一种用60μm超短光纤光栅制作带宽11.77 nm温度不敏感滤波器的方法。利用金属材料的热膨胀系数差,设计了双金属温度补偿结构,能够随温度的升高/降低对光纤光栅压缩/拉伸,有效地补偿光纤光栅由热光效应引起的波长变化。在30~60℃的温度范围内,光纤光栅的温度灵敏度系数为0.15 pm/℃,较未补偿前降低了60倍以上。该结构具有较好的温度不敏感性,可作为光源滤波器提高光源的平均波长稳定性并有望用于高精度光纤陀螺。

基于F-P可调谐滤波器的光纤光栅解调系统设计

针对某结构应力监测系统,提出应用光纤光栅传感原理来测量结构应力,设计了基于光纤标准具的F-P可调谐滤波器光纤光栅解调系统。利用标准具的稳定性来对F-P滤波器进行标定,消除环境温度对F-P滤波器的干扰。利用DDS原理设计了F-P滤波器的驱动源,产生的三角波分辨率可以小于0.42 mV,确保解调系统最终的分辨率达到1 pm。设计了光电转换电路,实现了微弱光信号的转换和放大,最后转换成易于采集与显示的电压信号。最终,利用本次设计的解调系统可以实现±3 000με的应变测量,测量精度可达到2.59%。

基于级联多模布拉格光栅和高精细度滤波器的可调谐双波长窄线宽掺铒光纤激光器

提出了一个基于级联多模布拉格光栅和新型的高精细度滤波器的可调谐双波长窄线宽掺铒光纤激光器的结构。环形滤波器由两个耦合器和一段经过泵浦的掺铒光纤组成,由于掺铒光纤产生增益,滤波器产生高精细度的频率响应,能够滤掉掺铒光纤激光器的不需要的纵模,从而起到窄化激光器线宽的作用。实验过程中,由多模光栅的选频特性产生六种窄线宽双波长的组合,激光器的线宽由不加滤波器的0.14-0.16 nm被压窄窄化到0.05 nm。

级联长周期光纤光栅梳状滤波器的设计

为了灵活扩大通信容量,设计了一种级联长周期光纤光栅(cascade long period fiber grating,CLPFG)结构的光纤梳状滤波器,并对其进行了系统的理论研究,重点讨论了光栅周期、光栅长度、间隔光纤长度和光栅段数等级联光栅参量对梳状滤波特性的影响.结果表明:间隔光纤长度和光栅段数能够有效调谐信道3 dB带宽和信道间隔;通过优化设计,可以实现对称性和非对称性梳状滤波器的设计.这种梳状滤波器具有结构紧凑、工作带宽大、信道带宽及设计灵活等优点.

基于温控的动态电磁可调谐级联光纤光栅滤波器

利用2个串联的完全相同的光纤布拉格光栅,研制了一种新型的中心波长可调谐的、宽带的单(双)信道滤波器。该滤波器采用电磁直接加纵向应力的调谐方式,同时利用半导体制冷器实现了对磁铁的温度控制。实验结果表明,该滤波器可以简单、灵活实现城域光网络中增、减信道的要求。

基于双光纤光栅法布里-珀罗滤波器的可调谐单频光纤激光器

基于游标原理,利用一对光纤布喇格光栅法布里-珀罗滤波器(FBG-FP)作为模式选择器件,设计了一种新颖的环形腔光纤激光器.从理论和实验上研究了该激光器的特性.通过对可调谐FBG-FP应力调谐,在1550.840 nm到1551.762 nm范围内,以96 pm为平均间距,获得了8个由固定FBG-FP的透射谱所确定的窄线宽稳定激光输出.实验上每隔1分钟用光谱分析仪(OSA)对输出光波长自动扫描,记录的输出光波长漂移在数皮米范围内,且功率的波动小于0.1 d B.这种可调谐的单频光纤激光器在光纤通信和光纤传感方面有潜在的应用价值.

基于轴向压缩技术的宽调谐光纤光栅滤波器的研制

研制了一种宽调谐光纤光栅滤波器(FBG)。该滤波器通过光纤插芯导引光栅,利用轴向压缩技术,实现了25nm的调谐。调谐过程中,FBG布拉格波长改变量与微位移台调节量呈良好的线性关系,FBG反射率波动小于0.59dB,3dB带宽波动小于0.1nm,装置稳定性较好,布拉格波长在30min内的漂移量小于0.07nm。

光纤Bragg光栅全光调谐滤波器

针对非线性特性对光纤布拉格光栅禁带的影响进行了研究;对光栅在非线性作用下所呈现的Bragg波长偏移特性作了理论分析。仿真结果表明,随着输入信号功率的增大,光栅的布拉格波长向长波方向移动,反射峰值下降,反射带宽变窄。基于此原理提出了一种新的全光可调谐滤波方案,并对不同光栅参数下的输出波形和反射谱特性进行了比较。该方案通过控制光实现了对光纤布拉格光栅固有波长的调节,从而实现了全光可调谐滤波,仿真结果表明脉冲形状保持良好。

基于梳状滤波器的光纤光栅传感系统解调方法

针对现有光纤光栅解调系统存在的非线性和温度敏感性现状,提出并实验验证了一种基于梳状滤波器的波长解调方案。通过测试分析了梳状滤波器和可调谐Fabry-Perot滤波器的光学特性。并利用光学仿真软件Optisystem构建试验平台进行仿真计算,仿真结果和理论结果具有很好的一致性。搭建了解调实验平台,通过温度特性试验,实现了光纤光栅传感器对温度良好的线性特性。测试结果表明:系统精确度较高,测量误差小于3 pm,波长均方误差小于1.4 pm。

基于调谐滤波检测的光纤光栅压力传感器

本文将波登管的压力增敏作用与光纤光栅悬臂梁调谐技术相结合，采用光纤光栅调谐滤波检测方法，设计了一种高灵敏度光纤光栅压力传感器，在 ０～ １２ ＭＰａ的压力变化范围内，光纤布拉格光栅中心波长的改变与压力成良好的线性关系，获得了压力灵敏系数为－１． ７９×１０^（－４）／ＭＰａ，比裸光栅提高了两个数量级；借助高灵敏度的光纤光栅可调谐滤波器，压力测量的分辨力可达０．０１５ ＭＰａ。

一种通道数可变的光纤光栅梳状滤波器

利用级联长周期光纤光栅与具有宽带反射功能的啁啾光纤光栅,构成了一种反射型的光纤光栅梳状滤波器.由于光在输出前经过两次干涉滤波作用,所以该梳状滤波器的消光比与透射输出型(即反射前)相比,增加了一倍.而且,通过调节啁啾光纤光栅的反射带宽,可以改变滤波器输出信道的数目.实验中利用弹性梁弯曲的方法,获得了两个可调的光纤光栅梳状滤波器,其信道数可分别在1～5和3～9之间的奇数间调谐(如果改变啁啾光纤光栅的初始中心波长,也可以获得偶数信道间的调谐).

基于F-P滤波器的光纤光栅解调和标定

探讨了基于F-P滤波法对光纤光栅波长解调和标定的方法。把信号电压整形为矩形脉冲信号进行解调和标定,用这种方法进行波长解调有很高的精度和稳定性,根据该方法设计的波长解调器已广泛应用于大型多点安全监测工程。最后,给出具体的波长解调和标定的实例,精度可达到±2 pm。

基于可调光纤F-P滤波器解调的分布式光纤光栅传感系统

提出并实现了一种可满足工程实用要求的波分复用光纤光栅传感网络解决方案,系统通过可调谐光纤F-P滤波器的连续扫描实现波长信号的解调.该传感系统扫描带宽50 nm,单点工作带宽5 nm,对一般应用系统每根单纤可设20-30个点,系统最高扫描频率200 Hz,分辨率5 pm(约5με或0.5℃).