基于激光拍频的高温传感技术研究

为实现强电磁及其他特殊高温环境的直接温度测量,提出并演示了一种新颖、简单、低成本的光纤高温温度检测系统,该系统利用法布里—珀罗激光二极管(FP-LD)的强反馈来实时检测反射光纤的温度。传感系统由通信用激光光源——FP-LD、光纤环镜Sagnac和光电探测器(PD)组成。利用该系统实现了温度变化范围为105~1025℃的高温温度传感。实验结果表明,在光纤软化温度内其强反馈拍频信号(BFS)的频率偏移与温度变化呈线性关系,可广泛应用于冶金、航空航天等领域的高温检测。

光纤陀螺光源稳定性研究

作为干涉型光纤陀螺光源的超辐射二极管（SLD）的稳定性对于光纤陀螺系统性能具有重要影响。文章系统地研究了SLD的光电特性、温度特性、光源驱动以及这些特性对于光纤陀螺系统的影响。

超辐射发光二极管的应用

超辐射发光二极管(superluminescent diode简称SLD)具有光谱宽、功率大等优点。作为一种特殊光源,SLD已经被广泛应用。简要介绍了SLD的主要特征、主要表征参数和发展现状,详细阐述了SLD在干涉式光纤陀螺仪、光学相干断层成像技术、波分复用技术、光时域反射仪、可调谐外腔激光器、光纤传感器和光纤测试等领域中的应用。

测温上限达260℃的分布式光纤温度传感器

介绍了研究分布式光纤温度传感器的意义和基于背向拉曼散射的分布式光纤温度传感器的原理、系统组成，并给出了该系统的技术关键，这包括：依据对激光器输出光波长的优化选择和对光电转换用雪崩光电二极管雪崩增益的优化设计，提高系统的信噪比；通过超高速A／D计算机插件的研制，实现微弱信号的数字平均，取代了常规的Boxcar积分器；将普通通讯光纤和包层涂锌特种光纤相结合作传感光纤，将测温上限提高到260℃。所研制的分布式光纤温度传感器的技术指标为：测量精度7℃，测量时间160s，测量空间分辨率15．6m，测量距离1．5km，测温范围30℃～260℃。

基于光纤传输的无人值守远程数采实时监控系统

为检查强辐射环境下无人值守远程数采的工作状态,根据半导体激光二极管直接调制原理,设计了控制指令通过光纤传输的实时监控系统。该系统可同时产生幅度分散性小于0.5%、时间分散性小于50ps的四路标准信号和四路触发信号,标准信号与触发信号时间间隔晃动小于1ns,可同时对四通道无人值守远程数采的工作状态及数据传输链路进行实时检查。

噪声在“光电微弱信号检测”课程中的应用

对于噪声中存在的微弱信号检测,需要采用专门的方法和仪器来抑制噪声。通过在课堂教学中有意识地介绍如何利用噪声来提取微弱信号,对丰富课堂教学内容,培养研究生正确的思维方法和创新意识起到了良好的作用。本文介绍了噪声在激光陀螺与开环光纤陀螺信号处理中的成功应用。

干涉型光纤陀螺的信号处理稳定性

信号处理在数字闭环光纤陀螺(IFOG)中的主要作用是产生偏置相位及用于补偿外部Sagnac相移的阶梯相位,并输出载体的转速,数字闭环IFOG信号处理的稳定性直接影响IFOG的整体性能。在信号处理系统中,论述数字闭环2次反馈技术,对四状态调制波进行分析和设计,并对时钟、电源、电磁兼容(EMC)等电气结构进行优化。测试结果表明,IFOG的信号处理过程稳定可靠。采用Allan方差法对IFOG静态测试数据中的各项噪声误差进行定量分析。结果表明,IFOG的零偏稳定性优于0.03(°)/h;IFOG动态测试数据表明IFOG的标度因数稳定性优于20×10-6。

可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定

针对激光多波长干涉绝对测距中构建多级合成波长的需求,提出了一种锁至飞秒光频梳的可调谐激光器(External CavityDiode Laser,ECDL)输出激光波长的宽范围自动偏频锁定方法。首先,设计了光栅+双凸透镜梳齿滤波的拍频信号探测单元,实现了宽范围ECDL激光波长与目标梳齿的拍频探测。接着,采用锁相放大原理对拍频信号进行鉴频鉴相,具备捕获带宽大、鉴相范围宽和鉴相精度高的优点。然后,利用多重闭环控制实现了ECDL输出激光波长宽范围的自动调节及偏频锁定。实验结果表明,本方法实现了10 nm波长范围内ECDL至光频梳的自动锁定,拍频信号信噪比的平均值约为35.9 dB;在4h内,ECDL激光频率的标准差为1.49 kHz,1s平均时间的相对阿伦方差为4.76×10^(-12),满足精密干涉测量中宽范围波长调节和高精度稳频的要求。

微型掺铒光纤超荧光光源稳定性分析

面向微型光纤陀螺(FOG)应用需求,提出并优化设计了一种微型掺铒超荧光光源。该超荧光光源结构尺寸为Φ50mm×15 mm,通过采取优化的光路设计、光谱平坦滤波技术、抽运激光器及光源精密温度控制技术等,得到高稳定性的超荧光光源,其输出功率大于13 dBm,光谱带宽大于35 nm,功率变化小于1%,中心波长变化率小于5×10^-6。采用实验方式对超荧光光源光谱的温度和时间稳定性、输出功率的温度和时间稳定性进行了细致的测试。实验结果表明微型超荧光光源光谱和输出功率都能够承受严苛的温度冲击实验,满足指标要求。

谐振式光子晶体光纤陀螺信号检测及处理技术研究

谐振式光子晶体光纤陀螺是一种具有小型化、高精度等潜在技术优势的新型光纤陀螺,是国内外惯性器件研究的一个重要发展方向。针对谐振式光子晶体光纤陀螺的结构和信号检测原理进行了详细的叙述,确定了基于FPGA的陀螺信号检测总体方案,陀螺信号处理及控制模块主要由频差信号解调、复合拍频检测、闭环反馈控制、数据编码输出以及调制信号模块组成;随后重点介绍了窄线宽半导体激光器的驱动控制方案,在调制解调及频率偏差检测方案上采用数字相敏检波器实现频率偏差检测,在谐振频率闭环跟踪锁定方案上采用数字PI控制器实现环路光频率控制;最后进行了谐振式光子晶体光纤陀螺实验测试系统搭建,以及谐振曲线测试和谐振频率闭环锁定测试。

数字闭环光纤陀螺仪过调制技术研究

针对光纤陀螺噪声的特点,提出了一种采用增加偏置调制深度的办法提高光纤陀螺信噪比,虽然陀螺理论灵敏度有所降低,但是陀螺的长期漂移即零偏稳定性却获得了明显提高。这种方法我们称之为过调制技术。对基于数字闭环调制解调方案的过调制技术改善陀螺信噪比的理论基础进行了深入的分析,在此基础上进行了相关的实验研究。理论分析和实验结果均表明,当调制深度处于π/2与π之间的某个值时,光纤陀螺具有最佳性能。相比于传统的π/2偏置点,采用过调制技术后的光纤陀螺的零偏稳定性获得了数倍的提高。

光注入掺铒光纤激光器的混沌特性

对光注入情况下混沌光纤激光器的输出特性进行实验研究。混沌光纤激光器采用环形腔结构,利用光纤的非线性克尔效应产生混沌激光。主激光器产生的混沌激光通过光隔离器和光纤耦合器注入到混沌掺铒光纤激光器实现外光注入。将主激光器产生的不同功率的混沌信号注入从激光器,研究光注入后从激光器混沌信号时序、频谱、自相关以及稳定性与复杂度等特性。结果表明,光注入后的混沌信号时序随机且幅度频数呈高斯分布,频谱无明显的周期特性,自相关特性优良。光注入掺铒光纤激光器混沌输出在保证混沌源高复杂度的同时提高了混沌源的稳定性。