基于飞秒激光微加工的温度补偿型高灵敏度光纤光栅传感器的实验教学研究

在传统的大学物理实验教学中,长周期光纤光栅的折射率灵敏度较低且温度灵敏度通常为正值,与布拉格光纤光栅相结合不能很好地实现温度串扰的消除。因此,我们利用飞秒激光直写技术制备出一种微纳光纤布拉格光栅(mFBG)与微纳小长周期光纤光栅(SP-mFLPG)级联的温度补偿高灵敏度光纤光栅传感器。这种传感器体积小巧、稳定性高,折射率灵敏度高达759.02 nm/RIU,同时具备温度补偿特性等优势。对于本次传感器的制备实验教学,有助于本科基础教学授课,为创新性教学实验带来更多可能性,学生将参与微纳光纤器件的制作与测试实验,这将有助于他们提升动手能力、专注力以及科研素养。更重要的是,学生们能够涉足创新性的光纤结构设计领域,从而激发其对新型光纤器件和传感应用的兴趣,为其未来学习和深造奠定坚实的基础。

扭转螺旋型力学微弯长周期光纤光栅的光谱特性

利用两个交替放置的周期性V型刻槽板对均匀扭转后的普通单模光纤径向施力制作螺旋型力学微弯长周期光纤光栅(H-MLPFG)。通过实验研究了周期压力和扭转率对该光栅传输谱特性的影响,以及其偏振相关特性。结果表明,施加在光纤的径向压力可以改变H-MLPFG的耦合强度,但不影响其谐振波长变化,LP_(13)耦合模耦合强度在波长1 549.75nm处为30.1dB。当光纤扭转率由0增大到5.38rad/cm,LP_(11)、LP_(12)和LP_(13)模对应的扭转灵敏度分别为1.59、1.82和2.24nm/(rad·cm^(-1))。光纤扭转率为0.90rad/cm时,LP_(13)包层模具有最大偏振相关损耗,在波长1 550.45nm处偏振相关损耗约为6.86dB,对应的谐振波长分离值为1.4nm。该方法制作的LPFG模式耦合强度和谐振波长具有可调谐和可重构性的优点、且结构简单,在光纤通信和传感领域具有潜在的应用价值。

基于长周期光纤光栅微弯特性的智能结构振动监测

首先研究了长周期光纤光栅的微弯特性,结果表明,其固定波长处的光功率与LPFG的弯曲度成线性,由此将其粘贴于试件上,研究了当试件受到垂直周期力载荷而发生弯曲并随之振动时LPFG的动态响应特性,利用布拉格光栅反射特性获得确定波长处的窄带光作为LPFG的入射光源,通过对固定波长处的光功率探测,进而实现对试件从2Hz到2000Hz范围内的振动监测。由实验采集到的振动信号时域波形及其频谱表明,基于弯曲的LPFG振动传感器具有很好的动态响应特性,其频谱与激振信号频率完全吻合,能够应用于智能材料与结构的健康监测。

微纳色散补偿光纤光栅的折射率传感特性研究

采用相位掩模法,在未经载氢处理的色散补偿光纤上刻写出多个满足相位匹配条件的光纤布喇格光栅。经过化学腐蚀法处理,分别制作了直径为20μm、17.5μm的微纳光纤光栅,实验研究了其布喇格波长与折射率的变化关系。结果表明,在实验溶液折射率测量范围内,传感器高阶模谐振波长与溶液折射率之间均呈现良好的拟合关系,折射率线性拟合灵敏度最高为28.6nm/RIU。此外,实验发现满足光纤光栅相位匹配条件的模式阶次越高,传感器对周围溶液变化感应能力越强。

基于紫外光刻的微纳光纤布喇格光栅研究

介绍紫外光刻法制作微纳光纤布喇格光栅(MF-BG)的制作工艺,测量并分析不同直径的微纳光纤布喇格光栅的反射谱。数据表明随着微纳光纤的直径变小,光纤光栅的中心波长蓝移且反射强度也随之减小。仿真计算微纳光纤的有效折射率和光纤纤芯的束缚能力(即基模分布在纤芯的能量与基模全部能量的比值),来解释上述变化。

基于磁流体包覆微纳光纤布拉格光栅的磁场传感特性研究

提出了一种基于磁流体包覆的微纳布拉格光纤光栅的磁场传感器。采用氢氧焰熔融拉锥和紫外光曝光的方法制作了具有不同直径的基于微纳光纤的布拉格光栅,随着光纤直径的减小,其有效折射率对环境折射率变化的灵敏度随环境折射率的增大而非线性增大,但损耗也随之增加。实验结果表明,被磁流体包覆的直径为9.24μm的微纳布拉格光纤光栅,在0 mT~40 mT和40 mT~160 mT磁场范围内,分别获得了36.2 pm/mT和3.6 pm/mT的波长灵敏度以及81.15%和94.83%的线性拟合度。

800nm飞秒激光长周期光纤光栅的特性

利用800nm飞秒激光脉冲作为光源,在标准通信单模光纤上直接刻写周期分别为100,200,300和400μm的长周期光纤光栅(LPFG),得到波长范围为1 280～1 680nm的透射谱,分析研究了在不同刻写条件下LPFG透射谱的共振波长、透射深度和插入损耗等参数的变化。通过对比分析发现透射衰减与刻写长度、条数以及平台高度等有着一定的对应关系。优化实验参数制作出共振波长分别约为1 407,1 311,1 669,1 551nm,透射深度分别约为24.0,22.3,27.8,23.4dB,插入损耗分别约为2.5,1.7,3.2,2.0dB的LPFG。

机械可调谐的长周期光纤光栅的写制实验研究

深入研究了采用机械微弯法写制长周期光纤光栅(LPFG)的方案,进一步分析此方案中各种因素对LPFG特性的影响。写制的周期性凹槽板谐振波长变化率为17.7 nm/0.01 mm。当仅增加压力时,损耗峰值先增加,最大可调谐到16.248 dB。当压力过大时,损耗峰值减小。同时附加损耗随着压力增大而增加。而当压力一定时,损耗峰值随着周期性凹槽板的周期数目的增加而减小。研究结果有利于LPFG灵活运用于EDFA增益平坦和滤波应用等方面。

机械写制长周期光纤光栅理论与实验研究

运用耦合模理论分析长周期光纤光栅(LPFG)的特性,得出了各物理参数与光栅谱形之间的关系,并利用MATLAB进行了仿真。基于机械线加工技术制作了周期为600、620和660μm,周期数为60、80和90的周期性矩形压力槽,利用机械微弯原理写制的光栅的最大谐振峰值可达18 dB,谐振波长可调谐,透射谱与理论分析吻合。

800nm高能量飞秒激光脉冲刻写长周期光纤光栅机理

基于800nm飞秒激光脉冲对标准单模光纤采用非载氢技术刻写长周期光纤光栅的机理进行了研究.搭建了水平、垂直双CCD视频监控的飞秒激光脉冲逐点刻蚀长周期光纤光栅系统,研究了光栅长度、激光脉冲能量和光栅占空比等参数对光栅光谱特性的影响.研究结果表明,当光栅周期长度不变,光栅周期数和激光脉冲能量的变化使光栅谐振峰强度发生变化,光栅透射谱是单峰的;光栅占空比的改变导致光栅谐振峰由单峰转变为多峰.在谐振波长1 540nm处,得带谐振峰强度达到15dB、带外损耗不足2dB,在3dB衰减处带宽为15nm的谐振透射谱.

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。

飞秒激光直写长周期光纤光栅及其光谱特性

基于800nm飞秒激光脉冲,设计并搭建了长周期光纤光栅制备系统,该系统通过采用20倍率的显微物镜将飞秒激光脉冲诱导入标准单模光纤纤芯位置,采用水平、垂直双CCD视频监控方式实现对飞秒激光脉冲刻蚀长周期光纤光栅的逐点监测,对未载氢处理的标准单模光纤进行了不同周期、不同周期长度和不同占空比刻写实验.研究结果表明,当选取激光脉冲能量为1.3mW、光栅周期为500μm、光栅占空比为0.6时,该光栅在谐振波长1 300nm处最大谐振峰强度为11.65dB,带外损耗低于2dB,且光栅谐振波长随光栅长度不发生明显漂移;通过光栅占空比的调整,可实现刻写光栅光谱特性的优化设计,使得谐振峰由多峰转为单峰.

基于S型结构的光纤光栅微位移传感器的研究

提出了一种特殊的光纤光栅传感器，该传感器在s型结构上刻写而成。在实验中，监测传感器透射光谱中的波谷特征波长实现微位移的测量。为了获取精准的测量数据，实验选取在1533．06nm（dipl）和1564．57nm（dip2）两处的干涉谷的特征波长作为观察的对象。通过理论分析和实验验证在0～70μm的微位移测量范围，两个干涉谷漂移量与微位移均呈现良好的线性关系。

专利名称:一种二硫化钼长周期光纤光栅及其制备方法

专利申请号:CN201610304184公开号:CN105739011B申请日:2016.05.09公开日:2019.01.08申请人:天津理工大学本发明涉及二硫化钼(MoS_(2))长周期光纤光栅及其制备方法,先将光纤进行拉锥,并将拉锥之后的微光纤固定在预先制作好的具有长周期光纤光栅栅格的纳米印刷板的背面.

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。

光纤布拉格光栅折射率传感研究进展

在介绍短周期光纤光栅(FBG)和微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)折射率传感原理的基础上,围绕如何提高FBG折射率传感灵敏度,详细论述了腐蚀法和抛磨法两种折射率传感技术方案的研究进展,对比分析了两种方案的优缺点。同时综述了微纳光纤和微纳光纤光栅应用于折射率传感的研究现状,指出了目前研究所面临的技术难题与解决方案,展望了FBG折射率传感技术的发展趋势,可为进一步开展基于光纤光栅器件的折射率传感研究提供参考。

表面浮雕式光纤光栅的新光学特性

通过计算机模拟研究表面浮雕式光纤布拉格光栅的新性质,得到关于这种新型光纤光栅的新的光学特性,即光纤光栅上刻蚀深度、光纤直径以及外部折射率与反射谱带宽之间的关系.这种新光学特性使得该光栅用于传感器、光通信以及激光泵浦等方面具有更大的潜在应用价值.

基于微纳光纤的长周期光栅及温度传感系统的设计与制备

为了获得高精度的温度传感系统,提出并验证了一种基于长周期光栅(LPG)温度传感系统。首先利用普通单模光纤(MSF)拉制了微纳光纤,拉制的微纳光纤直径约为6.2μm;其次,利用CO2脉冲激光器在拉制的微纳光纤上制作了微纳LPG,光栅的周期为100μm;利用获得的微纳LPG结合马赫-曾德干涉仪(MZI)设计了温度传感系统,在系统中利用声光调制器(AOM)作为移频调制器,获得了200 MHz的微波信号,且随LPG测量温度的增加,微波信号的相对强度逐渐增加,其斜率约为0.46(a.u)/℃。在30min的时间间隔内,测量了信号强度的稳定性,强度变化约为0.5dB,表明系统展现了较高的稳定性。

表面浮雕式光纤光栅特性的进一步讨论

表面浮雕式光纤布拉格光栅是用纳米压印技术在直径10μm的光纤上制成的.它是一种刻在光纤表面的光纤光栅.本文中,进一步研究表面浮雕式相移光栅及其与目前传统的相移光栅相比较时所具有的优势以及利用相移位置的改变造成等峰现象,同时开发它的一些新的应用.

微纳光纤布拉格光栅折射率传感特性研究

利用光纤布拉格光栅方程和光纤基模有效折射率随纤芯半径和环境折射率的函数关系,建立了微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)反射波长随环境折射率变化的数学模型,给出了波长灵敏度函数,并指出MNFBG反射波长的变化规律决定于有效折射率随纤芯半径和环境折射率变化的关系.详细探究了有效折射率及其灵敏度的变化规律,结果表明:有效折射率随纤芯半径和环境折射率的减小而非线性减小,其对环境折射率变化的灵敏度随环境折射率的增大而非线性增加,而且随纤芯半径减小,有效折射率的灵敏度、线性度以及线性响应范围均呈递增规律.通过对纤芯半径为0.5μm的MNFBG在1.20—1.30和1.33—1.43环境折射率范围内的波长响应关系拟合,分别获得了477.33nm/RIU和856.30nm/RIU的波长灵敏度以及99.58%和99.7%的高线性度,论证了分析结论以及折射率区间划分测量方案的正确性,为MNFBG折射率传感器的设计、优化以及应用提供了参考依据.