基于级联长周期光纤光栅的透明液体浓度测量

利用级联长周期光纤光栅进行透明液体浓度测量。将光栅充分浸没在液体槽中,通过向液体槽内注入不同浓度的溶液研究液体浓度对级联光纤光栅谐振波的影响。结果表明谐振波偏移量与溶液浓度之间存在线性关系。因此,通过谐振波偏移量,能够计算液体未知浓度。从而实现了液体浓度的测量。该实验操作简单,测量方便,适合在近代物理实验教学中推广应用。

基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统

提出了一种基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统。级联长周期光纤光栅作为边沿滤波器,利用它的一个线性区监测单个光纤布拉格光栅传感信号。该系统具有结构简单、价格低等优点,但易受光源抖动及系统其他不稳定因素等带来的系统噪声的影响。为消除系统噪声带来的不利影响,对该系统进行了改进。改进系统利用级联长周期光纤光栅的两个线性区同时监测两个光纤布拉格光栅传感信号。分别用原系统及其改进系统对温度进行监测,实验的温度测量范围为-70～-115°C。原系统的灵敏度为0.49 mV/°C,温度分辨率为0.5°C;改进系统的灵敏度为0.86 mV/°C,温度分辨率为0.3°C。实验结果表明改进系统能有效消除系统噪声,提高系统的精度。

级联长周期光纤光栅氢气传感器

为了监测某些特殊研究领域内狭小密闭空间里的氢气气氛,以防止氢气泄漏对产品和人员产生危害,研究了一种表面镀钯银合金(Pd-Ag)膜的级联长周期光纤光栅氢气传感器。简要介绍了检测原理,通过初步实验获得不同氢气浓度下的透射光谱,分析了对应的干涉条纹对比度变化规律,实验结果表明设计的传感器对氢气浓度具有明显的响应特性可以用于监测氢气。

基于级联长周期光纤光栅的溶液折射率与浓度的测量研究

级联长周期光纤光栅的谐振峰对外界折射率较敏感，利用该特性制成的折射率传感器可以实现对溶液折射率和浓度的实时在线测量。通过对不同折射率的NaCl溶液和蔗糖溶液的实验研究，得出溶液折射率、浓度与谐振峰之间的关系。实验结果表明：LPGP较为灵敏的外界折射率范围为1～1．4513，在此范围内，随着外界折射率的增加，透射谱干涉峰的幅值逐渐减小而谐振波长逐渐向短波方向漂移。该传感器可应用于生物、化学、过程控制等高灵敏度传感领域的各种溶液进行监控，具有较高的实用价值。

级联长周期光纤光栅的模式耦合与干涉机理

针对级联长周期光纤光栅(CLPFG)的光传输特性存在模式耦合和模式干涉2种不同角度的解释,基于耦合模理论和传输矩阵法,系统研究了CLPFG中的模式耦合与干涉机制,厘清参与马赫-泽德干涉的纤芯模成分,得到模式干涉的相干表达式,从而将模式耦合和干涉机制从理论本质上统一起来;同时深入分析了光栅长度L对干涉条纹结构特性的影响.结果表明:L=L_0(最佳长度)时,中心波长处条纹对比度达到最大值;L<L_0时,条纹整体对比度下降,在整个波长范围内无法达到最大对比度;L>L_0时,中心波长处的对比度下降,但在中心波长两侧的2个对称波长处可达到最大的条纹对比度.该研究结果可为基于CLPFG的通信和传感器件应用提供理论指导.

一种级联长周期光纤光栅动态解调光纤布喇格光栅的新方法

为扩大传感光栅波长的解调范围,在原有级联长周期光纤光栅(CLPG)解调光纤布喇格光栅(FBG)系统的基础上增加了压电陶瓷,利用压电陶瓷的电致伸缩特性,实现对FBG的动态解调.系统仿真表明:加入压电陶瓷后CLPG的漂移量为1.6 nm,对传感光栅的解调范围增加了0.2 nm,并且提升了解调线性度.

长周期光纤光栅的级联光谱特性研究

基于耦合模理论利用传输矩阵法研究级联长周期光纤光栅(Cascaded Long Period Fiber Gratings, CLPG)的光谱特性。结果表明:选用两个参数相近的长周期光纤光栅(Long Period Fiber Gratings, LPG)级联可以获得更明显的透射谱。周期的增加导致损耗峰向长波方向线性漂移,可据此实现对特定波长的损耗。长度和折射率调制深度主要影响损耗峰深度,可以用于调控损耗峰出现极深值点。得到当两个级联LPG的周期为500 μm、长度为3 cm,折射率调制深度为0.00014时存在窄而深的最优CLPG损耗峰。该研究结论为分析级联长周期光纤光栅理论和改进传感器件设计应用提供了依据。

基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅振动传感器的动态解调

提出一种基于级联长周期光纤光栅(CLPG)的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器动态解调方法。宽带光源发出的光经FBG反射后,进入到CLPG,经过CLPG调制后FBG反射光强会发生变化。通过温度测量实验对监测系统进行静态标定,再将FBG传感器粘贴于铝板表面,采用该系统监测简支铝板结构在低频和高频下的振动信号。系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合,表明该监测系统可实现2kHz以下的动态信号测量。

基于级联长周期光纤光栅的M-Z滤波器的优化设计

利用传输矩阵法对级联长周期光纤光栅(LPFG)构成的马赫-曾德尔(M-Z)滤波器的滤波特性进行了模拟研究,针对提高滤波器的有效带宽和有效通道数进行了优化设计,并实验制备了多个M-Z滤波器,与模拟结果进行了对比。研究结果表明,该M-Z滤波器的有效带宽和有效通道数与单个LPFG的透射谱峰值损耗(TSPL)密切相关,可针对具体要求进行优化设计。当调节LPFG的TSPL从1.96dB增加到4.95dB时,满足10dB消光比要求的有效带宽从0.5nm增加到44.9nm;对于信道间隔为2nm的M-Z滤波器,有效通道数从1增加到22个。实验结果和理论计算相符合。

级联距离和相位对级联长周期光纤光栅光谱的影响

从耦合模理论出发,对由两相同的长周期光纤光栅构成的级联光栅的光谱特性进行了较为详细的研究。研究发现,级联的距离不但影响边频分量的数目而且影响边频分量的强弱,距离越大,级联光栅产生的边频分量越多。而相移则只影响着边频分量强弱的位置,如果相移较小,则在单光栅谐振点位置左边的边频分量对应的损耗峰较浅,右边的边频分量对应的损耗峰较深,否则反之。

级联长周期光纤光栅光谱特性分析

本文依据耦合模理论和马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪原理对级联光纤光栅的耦合以及干涉机理进行分析,同时分析了中心间距D和有效折射率差Δn_(eff)对透射谱相邻两个干涉峰的间距S的影响,最后用传输矩阵法对透射谱进行了模拟仿真。仿真结果表明:级联LPFG透射谱相邻两干涉峰的间距与光栅的Δn_(eff)和D都成反比关系。最佳的级联结构是两个光栅的透射率均为3dB,耦合深度为|κ|L=/π4,同时改变间隔光纤的长度d,级联LPFG的光谱特性也随之发生改变。

不同长周期光栅的级联传输谱特性

为给两个光栅不同级联后产生的误差提供解决依据,采用传输矩阵法对两个不同参数的长周期光纤光栅(LPG)级联后的传输谱进行分析,研究了两个光纤光栅长度、平均有效折射率调制、级联光纤长度等参数不同时对级联光栅传输谱的影响。仿真结果表明:级联长度不同的光栅和光纤,以及平均有效折射率的不同调制对传输光谱均有影响。通过分析发现,改变级联长周期光纤光栅(CLPG)的参数可以实现不同特性的传输谱。

光纤光栅马赫-曾德干涉仪条纹信号的傅里叶分析

基于长周期光纤光栅马赫-曾德干涉仪的频分复用技术是实现光纤多参量传感的重要途径.研究了频分复用中复合条纹信号的傅里叶处理方法,分析了傅里叶频谱中和频与差频信号的幅值与单个干涉条纹信号的关系,提出了抑制和频与差频信号的有效方法,即改变光栅结构参量适当降低中心波长处的条纹对比度以提高频谱信号的信噪比,增加特征频谱滤波的有效性.结果表明:经过优化调整的傅里叶频谱信噪比可以提高至原来的2倍以上;对比频谱调整后恢复相位的余弦曲线与原条纹信号发现,频谱信噪比提高的同时保留了反映各单个原条纹特征的足够相位信息.该光谱优化方法可为基于光纤光栅马赫-曾德干涉仪和频分复用的光纤多参量传感技术提供理论与技术指导.

三包层级联长周期光栅的传输谱特性

运用传输矩阵法对三包层级联长周期光纤光栅(LPFG)的传输谱特性进行分析,讨论了级联处光纤的长度、位置以及薄膜参数等对级联光栅传输谱的影响,并对级联长周期光栅和相移长周期光栅的传输谱进行了比较。结果表明两者传输谱在级联光纤长度较小或级联位置靠近光栅两端时具有较强的一致性;而在级联处光纤较长并且级联位置在中间时,两者表现出截然不同的特性,这一点和两包层级联光栅一致。另外,薄膜参数可以更灵活地调节传输谱衰减峰位置和峰值损耗的大小。

级联LPG的原理与应用

因为特有的滤波特性,级联长周期光纤光栅已被设计为优异的多波长滤波和传感器件,为此介绍了级联长周期光纤光栅的工作原理及其应用。

高功率激光单模光纤远距离传输实验研究

受激拉曼散射(SRS)效应是制约高功率激光单模光纤远距离传输应用的瓶颈因素。采用1550nm非偏振连续波单模光纤激光器作为光源,通过实验研究了不同注入光功率条件下经过103km单模光纤传输所产生的受激拉曼散射现象,运用级联长周期光纤光栅带阻滤波器进行了受激拉曼散射抑制实验,并进行了相应的理论分析。提出了光纤受激拉曼散射抑制有效性判据,实验演示了受激拉曼散射现象,验证了级联长周期光纤光栅带阻滤波器对受激拉曼散射抑制的有效性。

改进PDMS的高灵敏度C-LPFG丙酮气体传感器研究

本文研究了一种基于级联长周期光纤光栅(C-LFPG)丙酮气体传感器。以单个长周期光纤光栅(LPFG)结构为基础,对聚合物敏感涂层聚二甲基硅氧烷(PDMS)折射率变化进行了仿真分析,研究了LPFG和C-LPFG对丙酮气体的灵敏度的影响。结果表明:优化PDMS后C-LPFG传感器的灵敏度约为-605 nm/RIU,相较于传统C-LPFG的灵敏度增大了约6倍,是传统LPFG传感器灵敏度的5.26倍,检测范围扩大了约1.5倍。

CLPG的分布式FBG解调系统仿真研究

从耦合模理论出发,运用传输矩阵法对级联长周期光纤光栅(CLPG)的传输光谱进行了仿真分析,提出了基于CLPG的分布式光纤布拉格光栅(FBG)解调系统。该解调系统将级联长周期FBG作为边缘滤波器,利用它的4个线性区同时解调4个FBG的传感信号。仿真结果表明:在CLPG的线性范围内系统检测的光功率与传感FBG所受轴向应变成线性关系,最高能检测到5.813×10-9的轴向应变传感信号。系统的应变灵敏度分别为-42.75,42.95,-43.15,43.35 m W/10-6。

高灵敏温度自补偿折射率传感器的研究

测量折射率时为同时达到高灵敏度和温度补偿的测量效果,提出一种环境折射率(RI)传感器。传感部分基于重叠级联结构的长周期光纤光栅(LPFG),通过寻找特定的光栅周期,使一阶9次、11次包层模的损耗峰分别向一短一长两个波长方向漂移,以其相对漂移量来解调折射率。仿真结果表明,该传感器与普通的温度补偿折射率传感器相比,折射率灵敏度明显提高,在生物、化工领域有较好的实用价值。