马赫-泽德光纤干涉仪的类别、特性及应用

马赫-泽德光纤干涉仪具有许多光电传感器无法比拟的优点,在国防军事,工业民用及高科技领域中都有着广泛的应用。本文介绍这类传感器的类别、特性及应用。

马赫-泽德光纤传感器实验研究

基于光纤传感这一现代科学技术,利用Newport光纤组合实验器件,搭建了一套最基本的马赫-泽德(M-Z)干涉传感器装置。通过本实验的练习,对于开阔理工科院校学生的视野,提高他们的学习兴趣具有重要的作用。同时,对于引导学生迅速进入工程应用的前沿领域也有良好的导向作用。

基于马赫-泽德干涉具的激光光谱探测技术研究

实时、可靠地探测敌方来袭激光的类型和特征参数是激光告警的主要任务。相干探测技术依靠激光的相干性探测其信息,是较有效的探测技术之一。为了探测来袭激光光谱信息,设计了一种激光探测与光谱实时测量装置。该装置以相干探测技术和傅里叶光学与光信号处理为基础,使用实心小型静态马赫-泽德干涉具作为相干探测元件,它能有效地抑制背景光,无机械扫描部件,光谱检测速度快,可探测纳秒级窄脉冲激光信号;用高速DSP芯片和多通道帧减技术进行实时信息处理,实现背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,运用马赫-泽德干涉具和多通道帧减技术,能实现脉冲激光探测,提高测量精度;可探测激光脉冲宽度为10 ns,波长测量误差小于10 nm。

检测激光晶体侧面致冷均匀性的马赫-泽德干涉法

提出了一种基于马赫-泽德干涉仪的检测法。理论分析表明,该法检测到的物光与参考光的干涉条纹即为晶体径向平面上的等温线。通过热分析软件对均匀和非均匀致冷晶体温度场的模拟表明,当检测到的干涉条纹为以晶体径向平面中心为圆心的圆环时,晶体周边接触良好,致冷均匀;当检测到的干涉条纹向某一方向扭曲时,该方向上致冷块与晶体边界接触不好。对装在铜致冷座里的3 mm×3 mm×5 mm,a切割,0.5%Nd3+掺杂的Nd∶YVO4晶体进行了检测,根据检测到的干涉条纹扭曲方向重新安装了致冷座,获得了以端面中心为圆心的干涉环。实验结果与理论分析相符,证明马赫-泽德干涉法可以检测晶体侧面致冷均匀性。

关于光纤马赫-泽德尔干涉仪多参量测量的性能探讨

从解调理论入手 ,对光纤马赫 -泽德尔干涉仪的多参量测量功能进行了探讨 ,得到在一定条件下 ,通过对输出信号的频谱分析可同时检测调强。

马赫-泽德干涉条纹图像处理算法

马赫_泽德干涉仪适用于研究气体密度迅速变化的状态,由于气体折射率的变化与其密度的变化成正比,而折射率的变化将使通过气体的光线有不同的光程,则可通过干涉臂变化对干涉条纹图像效果的影响,得到气体密度.采用CCD来接收马赫_泽德干涉仪产生的条纹图像,再通过图像采集卡将条纹图像送到计算机,从而通过对条纹图像进行一系列算法的处理,求出条纹间距,得到气体密度的变化状态.本文从基本的光干涉理论出发,对马赫_泽德干涉条纹图像特征进行分析,建立了数学模型.并根据此模型设计了处理马赫_泽德干涉条纹图像的算法.算法包括图像的预处理(即图像的噪声提取)、图像的二值化以及图像的细化.

可调马赫-泽德干涉仪型NRZ到PRZ全光码型转换器

研制了一种基于光纤型马赫-泽德干涉仪的全光码型转换器.通过对工作温度的控制,实现了NRZ码到PRZ码的转换.分析了实现NRZ到PRZ码型的转换原理,讨论了干涉仪的结构设计.在10 Gb/s和20 Gb/s的码型转换实验中,得到较好的PRZ信号眼图.光谱分析表明,转换后的PRZ码包含了丰富的时钟分量,达到了理想的转换结果.结果表明,这种简单的光纤型非对称马赫-泽德干涉仪可以实现NRZ到PRZ的转换,并可以保持输出结果的稳定性.

基于FPGA马赫-泽德干涉仪的光谱数据采集系统

针对马赫-泽德(M-Z)干涉仪中干涉条纹采集和处理的要求,为了使其具有高速实时光谱数据处理能力,设计了一种通过FPGA硬件编程实现干涉条纹采集处理的方法。系统由CMOS探测器采集马赫-泽德干涉仪获取的干涉图像,再将干涉图像中的灰度信息输入到FPGA芯片中,通过去噪、切趾、快速傅里叶变换、标定等求解入射激光的光谱特征。系统通过切趾加窗等处理,采用基2的快速傅里叶变换及标准波长对比的方法进行标定。在FPGA软件环境中仿真后,时序正确。硬件调试采用中心波长为580 nm,690 nm,870 nm三种激光器,由马赫-泽德干涉仪及FPGA组成的系统进行分析,实验结果与GSI8013NIR型近红外光纤光谱仪进行对比,误差小于1 nm,满足设计要求。

二氧化硅波导马赫-泽德型2×2热光开关损耗对设计与加工精度的依赖性研究

用有限差分光束传播法(Three-dimensional beam Propagation Model,3D-BPM)三维模拟技术,系统研究了基于单模波导定向耦合器的马赫-泽德2×2热光开关对器件的设计方法及加工精度的依赖关系。由于器件的光学损耗与器件结构误差有很大的影响,所以将实际测得的加工误差转换为公差后引入到设计中,对器件的性能进行优化,使器件的插入损耗改进到1.5d B以下,即芯片上的光损耗减小到0.5d B以下,隔离度提高到20d B以上,可提高实际产品设计与生产的成功率。

利用SOA自发辐射和非对称马赫-泽德尔干涉仪实现全光波长变换的研究

对利用SOA中ASE输出频谱,实现全光波长变换的技术进行了理论与实验的研究.在这种波长变换技术中,信号光涮制SOA中的ASE强度和相位,通过光滤波器对ASE输出光谱进行频谱分割,以产生所需要的变换波长信号,并结合一个非对称马赫一泽德尔干涉仪实现信号码型的再反转.根据ASE输出光谱的波长依存性,建立从理论上推导出同相注入模式下的ASE输出功率以及其相位变化的数学表达式.通过实验,测定了波长变换系统的信号误码率、眼图以及时间波形等,并对这些实验结果进行了分析.

微纳光纤马赫-泽德干涉仪

马赫-泽德干涉仪（MZI）是一种重要的光学和光子学器件，广泛应用于干涉计量、光通信等领域。基于干涉仪对波导及其周围介质折射率的相位敏感特性，MZI被广泛用作传感器和光调制器。最近，我们通过光学显微镜下的微纳操作，在低折射率衬底上分别用氧化硅和碲酸盐玻璃微纳光纤成功研制了微纳光纤MZI。

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.

基于M-Z干涉具的激光光谱探测技术研究

为了探测来袭激光光谱信息,设计了一种激光探测与光谱实时测量装置,以相干探测技术和傅里叶光学与光信号处理为基础,进行激光光谱测量。使用实心小型静态马赫-泽德干涉具作为分光元件,有效地抑制背景光,且能探测纳秒级窄脉冲激光信号;用高速DSP芯片和多通道帧减技术实现实时信息处理,达到背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,可探测激光脉冲宽度为10 ns,波长测量误差小于10 nm。

分布式光纤传感器的周界安防入侵信号识别

在分布式光纤周界安防系统中,对距离较长、背景环境复杂的边境进行检测时,系统根据光缆沿线发生的事件进行识别。为了区分各种引起光缆振动的激励,本文根据入侵信号与环境引起的振动信号在小波尺度上方差幅值的分布特征,利用小波多尺度分析理论构造了由各尺度下的方差组成的特征向量,提出了根据方差特征向量的不同来识别各种振动信号的"尺度-方差"信号的方法。在实验系统中,光缆总长度为56km,光源的功率为300μW,工作波长为1550nm。实验结果表明,此方法可以有效区分入侵信号、环境噪声和人为活动引起的非入侵事件,提高了系统的检测概率和降低系统的虚警率。

分布式光纤安防系统传感和定位技术研究

提出了一种基于马赫-泽德(M-Z)干涉仪原理的分布式光纤振动传感与定位的技术,该技术可实时检测整个光纤沿线发生的振动信息,并利用该技术设计了一种安防报警系统。分析了该系统的定位工作原理,理论分析和模拟实验表明系统具有很高的检测灵敏度。在总长度为18.46 km的光纤上进行了实验,系统实时地给出振动的位置,平均定位误差为42 m,将光源功率增至300μW,可对长度26 km的光纤上的振动信号进行定位。

光纤分布式扰动传感器中瑞利和受激布里渊散射光谱特性及其影响研究

针对光纤分布式扰动传感器长距离应用定位误差增大的问题,研究了传感器长距离光纤中的瑞利散射和受激布里渊散射的光谱特性及其对系统定位精度的影响。建立了长距离光纤中瑞利和受激布里渊散射的数学模型,通过仿真研究发现散射光波的杂波干涉和强度噪声会严重降低干涉仪的光学信噪比,从而导致定位误差。通过实验验证了仿真结果的正确性。研究结论可以为提高长距离应用定位精度提供理论指导。

基于FFT的散斑干涉术测物体变形

在SPI测量变形物体三维位相的原理上,提出了用一个干涉图法,基于二维FFT实现了散斑干涉图三维位相测试的新方法。选用马赫-泽德干涉系统,用CCD分别接收物体变形前后的散斑图,将两幅散斑图相减可以得到变形物体的散斑干涉条纹图。应用MAT LAB软件编程对散斑干涉图进行二维FFT运算,获得变形物体的三维位相。由三维位相分布可以判读物体的三维变形,进而为后续分析物体的三维应力奠定基础。实验表明,该方法简单、速度快,精度可达到λ/10。

多点扰动对光纤分布式扰动传感器定位准确度的影响

基于激光干涉原理,建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤分布式扰动传感器多点同时扰动的信号模型.在此基础上,通过数值模拟研究了多点同时扰动对传感器定位准确度的影响,明确了多个扰动信号同时作用时扰动的幅值比和位置差不同情况下传感器的定位准确度.仿真结果表明:当多点同时扰动的信号幅度差别大于等于20倍时,可以给出较强扰动的定位信息;当多点同时扰动的空间距离小于等于100m时,可以近似看成单点扰动.在光路中增加偏振分束器来抑制偏振衰落的影响,并采用信号发生器对实验光路中的两个压电换能器同时施加正弦信号来模拟扰动进行实验.实验结果表明:在5km和10km的位置同时施加扰动,当两个扰动的幅值比大于等于20时,距离较强扰动点的最大定位误差的最大值为200m;在5km和5.05km位置同时施加幅值比为1的扰动,距离5km位置的最大定位误差为200m,验证了仿真结果的正确性.该研究为多点同时扰动条件下光纤分布式扰动传感器定位准确度的提高和误报率的降低提供了理论指导.

取样长周期光纤光栅多通道带阻滤波器

提出一种基于取样长周期光纤光栅制作的多通道带阻滤波器,采用不同的分析方法对其传输特性进行了较详细的分析,分别给出光栅参数与其透射特性和时延特性之间的关系,并得到具有一致性的结果,由此得出的结论对器件的优化设计具有实际指导意义。

光纤温度传感器的设计与实现

本文设计了一种基于马赫-曾德尔干涉仪原理的相位调制型光纤温度传感器。介绍了实现方法和实验现象。说明了通过热敏电阻标定温度与干涉条纹数之间关系的方法。着重分析讨论了利用CCD进行干涉条纹采集及利用MATLAB软件对条纹图像进行滤波、边缘提取等处理的一种新方法。给出了条纹移动数判别的程序编写方案,实验中得到了较好的温度测量结果。结果表明用此方法实现光纤温度传感是一个较为可行的方案。