基于游标效应的萨格纳克干涉仪温度传感器

提出了一种基于光学游标效应的级联光纤萨格纳克干涉仪和光纤模态干涉仪高灵敏度温度传感器,并对其传感特性进行了实验研究。光纤萨格纳克干涉仪由一段保偏光纤和3 dB四端口耦合器组成,光纤模态干涉仪由一段少模光纤与两段单模光纤熔接形成。选取光纤萨格纳克干涉仪作为温度传感器,光纤模态干涉仪充当滤波器。通过控制保偏光纤和少模光纤的长度,使光纤萨格纳克干涉仪的自由光谱范围为2.63 nm,光纤模态干涉仪的自由光谱范围为2.82 nm,两者的自由光谱范围相近又不相等,从而形成光学游标效应。实验结果显示,单个光纤萨格纳克干涉仪的温度灵敏度为-1.30 nm/℃,级联光纤模态干涉仪后,其温度灵敏度提高到-18.19 nm/℃,放大倍数为13.99。该传感器制造工艺简单,稳定性好,不需要特殊的增敏材料来提高灵敏度。

采用萨格纳克干涉仪与螺旋相位片生成矢量光束

萨格纳克干涉仪中传播的两束光具有相同的光程,因而适合用于高稳定的合束系统,螺旋相位片作为无源、分离器件具有螺旋光束转化效率高、工作环境适用条件低等优点。研究将萨格纳克干涉仪和螺旋相位片结合起来生成矢量光束的方法具有重要的研究意义。通过分析光束的轨道角动量态和偏振态在萨格纳克干涉仪中的演化规律,优化设计出了等腰直角三角形的合束光路结构。合束装置可以不使用1/2波片进行光束偏振态调制,因此光路结构更紧凑和稳定。通过旋转检偏器方法测量了生成矢量光束的阶数。实验结果证实了合束方法的高稳定性和高效率。

光纤萨格纳克干涉仪在应变传感器中的应用

文章介绍了萨格纳克干涉仪在光纤应变传感器中的应用,阐述了这种传感器的结构和工作原理,与普通干涉仪相比该系统的线性范围扩大了数百倍,并且系统不受外界缓变量的影响,线性度为0.18%,灵敏度为0.15V/με。

萨格纳克干涉仪级联的高灵敏度温度传感器

设计了一种由两个萨格纳克干涉仪(SI)级联组成的光纤温度传感器,并用实验证明了传感器在游标效应下的温度灵敏度放大特性。该传感器由两段不同长度的熊猫保偏光纤构成两个SI,然后两个SI旋转一个角度级联在一起组成一个温度传感装置,其中SI_(1)用着温度传感,SI_(2)用着参考。由于两个SI具有相近的自由光谱范围,级联时它们干涉谱叠加形成一个自由光谱范围很大的低频包络线。利用包络线漂移来考察温度变化,能够获得放大的灵敏度。实验结果显示级联后传感器的温度灵敏度为11.03 nm/℃,而单个SI_(1)单独测量温度的灵敏度为-1.01 nm/℃。因此利用游标效应后,灵敏度增加了10.9倍,而且实验测量结果与理论计算结果基本吻合。

基于水凝胶溶胀特性的全光纤萨格纳克环pH传感器

根据水凝胶在不同pH溶液中的溶胀程度不同,研制出了一种基于水凝胶溶胀应力的光纤萨格纳克环pH传感器,选择溶胀性能较好的聚丙烯酰胺水凝胶作为传感媒介。在不同pH溶液中,水凝胶溶胀的差异性引起保偏光纤的轴向应力发生变化,使得萨格纳克环的输出光谱发生偏移,通过表征光谱的偏移量实现pH传感。该传感器在pH为2~12的范围内呈线性响应,灵敏度为0.947nm/pH。实验结果表明,该传感器具有良好的鲁棒性、稳定性和重复性。

基于全光纤萨格纳克干涉仪的温度不敏感磁场测量

研究了双折射磁光光纤萨格纳克(Sagnac)干涉仪透射谱的磁场和温度敏感性.实验表明,干涉仪透射谱会随着温度的增加向短波长移动(温度系数为0.435nm/C),其波长依赖性则随着磁场的增加而降低.据此,通过调节干涉仪内偏振控制器状态实现了温度不敏感的磁场测量,磁场系数为189mW/T2,实验结果与理论分析一致.

多模与Sagnac复合干涉型振动传感器

传统光纤振动传感器可测量的振动频率范围有限,为进一步提高光纤振动传感器的频率识别能力,利用多模光纤(MMF)耦合器构建萨格纳克(Sagnac)干涉仪,将多模干涉与Sagnac干涉相结合,提出了基于多模干涉的可测量振动频率的新型Sagnac干涉型振动传感器结构。利用105μm和62.5μm芯径的MMF分别制作分光比为1∶1的多模光纤耦合器,并用其构建Sagnac环。为了对比分析,利用MMF分别制作了单模-多模-单模(SMS)干涉结构及马赫增德尔干涉结构的传感器。通过大量实验对几种类型的振动传感器在振动频率检测范围、振动频率检测准确度和振动信号幅值等方面进行了详细的对比研究。研究结果表明:基于105μm芯径阶跃折射率分布MMF的Sagnac干涉结构在0.3~20 kHz的频率范围内,获得了频谱主级峰和次级峰强度差大于20 dB的频率识别效果,可测频率范围宽,主次级峰强度差大,对低频振动更灵敏,且频率偏差在Hz量级,在几种对比结构中振动测试性能最好,为振动检测的研究提供了一种新方案。

基于相位压缩原理的一种新型微分干涉仪

本文提出一种先进的微分式光纤干涉仪 ,充分利用了马赫—曾特尔光纤干涉仪和萨格纳克光纤干涉仪的共同优点 ,采用相位压缩原理 ,解决了普通双光束干涉仪线性范围窄的问题 ,对光纤双折射以及温度、振动等外界环境的干扰 ,有较好的抑制作用。

MZ-Sagnac干涉型分布式光纤振动传感技术研究进展

马赫-曾德尔-萨格纳克(MZ-Sagnac)干涉型分布式光纤振动传感技术因具有稳定性高、通用性好、结构简单、部署方便等优点而得到广泛使用。本文总结了近年来MZ-Sagnac干涉型分布式光纤振动传感技术的研究进展,系统地阐述了MZ-Sagnac干涉型分布式光纤振动传感技术的基本原理和实际应用,比较了近年来相关工作的性能指标,并展望了MZ-Sagnac干涉型分布式光纤振动传感技术未来的发展方向。

基于微结构光纤和游标效应的高灵敏度压力传感器

结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及军事工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高,传统实芯光纤压力传感器的受压变形量较小,导致测量灵敏度很难提高。文章提出了一种基于游标效应的双Sagnac干涉环式光纤压力传感器。传感器由保偏光子晶体光纤(Polarization Maintaining Fiber, PM-PCF)作为敏感单元实现Sagnac干涉并通过不同PCF长度实现针对压力增敏特性的游标效应。传感器分别采用在单模光纤中嵌入PM-PCF形成传感器的参考单元和压力敏感单元,并对Sagnac环的感压部分进行封装,通过实验对并联型Sagnac环压力传感器的压力特性进行研究。实验结果表明在压力范围为0~2.4MPa内,压力传感器最大灵敏度为-54.491nm/MPa,分辨率为0.367kPa。相比无游标效应的Sagnac环压力传感器,其压力灵敏度放大了16.7倍。此外,传感器具有制造简单、结构坚固、运行稳定的优点,为高灵敏度压力传感器提供了一种替代设计方案。

一种新型光纤应变传感器的设计

本文提出了一种用于动态应变测量的新型光纤应变传感器,该系统由具有相位压缩功能的萨格纳克干涉仪构成,与普通干涉仪相比该系统的动态测量范围扩大了数百倍,并且系统不受外界缓变量的影响,信号处理电路简单易行。

三种基于EDFA的全光逻辑门及其应用

利用掺铒光纤放大器的增益缓变吸收和放大光脉冲信号的特性,结合光纤耦合器和萨格纳克干涉仪,提出了三种的不同结构的全光逻辑门,并分析了此三种全光逻辑门的优缺点和各自的用途。

一种简化的光缆识别方案研究与验证

基于光的相位载波调制解调来识别目标光缆的检测技术已经广泛应用。首先将预设频率和幅度的调制信号施加给干涉光场,得到比较理想的静态工作点。然后施加敲击信号造成干涉场的漂移,通过检测干涉信号的幅度变化来识别目标光缆。该方案操作简单,但是光路设计及检测电路设计较为复杂,成本较高。本文对该方案进行适应性改进,简化光路及检测电路设计,通过仿真分析和试验验证了所提方法的可行性。试验结果初步说明了所提简化识别方案应用于光缆识别的有效性。

基于光纤电流传感器的韦尔代常数优化测量法

韦尔代常数(Verdet)是决定光纤电流传感器(FOCT)灵敏度的重要因素之一。根据萨格纳克(Sagnac)干涉原理计算得到校准信号,并测量FOCT的实际输出信号,通过比较这两组信号建立目标函数,基于单纯形算法进行参数优化,从而得到石英光纤的韦尔代常数。实验结果与经典模型计算结果基本吻合。FOCT的输出信号经过测量电路会引入相位差;另外受到调制器和外界环境的影响,干涉回路的工作点会产生漂移,导致输出信号不对称而产生直流量。考虑到以上因素,提出的这种方法还能同时测量出电路的相位差、干涉回路的工作点以及反映非线性畸变的直流量。

一种基于FSI和MZI并联组合的光纤温度传感器

基于并联的干涉型滤波器的游标效应,设计了一种基于光纤萨格纳克干涉仪(fiber Sagnac interferometer,FSI)和马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)并联组成的光纤温度传感器。FSI由一个3 dB的四端口耦合器和一段6.6 m的保偏光纤(polarization maintaining optical fiber,PMF)组成,因其具有较高的灵敏度以及较好的稳定性,将其作为传感腔。MZI作为参考腔由两个3 dB的三端口耦合器自制组成,通过控制MZI两臂的长度,使这两个干涉仪的自由光谱范围(free spectral range,FSR)相接近但不相等,利用游标效应来提高该结构的温度灵敏度,然后通过改变温度来测量单个FSI与并联FSI、MZI这两种结构的波长漂移情况,从而探究温度灵敏度的放大情况。实验结果表明,单个FSI的温度灵敏度仅为-1.65 nm/℃,并联系统可以将其放大到12.9 nm/℃,增益系数为7.82,与理论结果相符,表明在相同温度下,并联结构能够明显提高温度传感器的灵敏度。该传感器能在较小的温度变化时呈现明显的波长漂移,适用于生物和工业领域的温度精细检测。