基于并联游标效应的MZ光纤应变传感器增敏解调系统

为了进一步提高马赫-曾德尔(MZ)光纤应变传感器的灵敏度,设计了一种基于并联游标效应的MZ光纤应变传感器增敏解调系统。该系统由传感干涉仪和参考干涉仪并联组成,2个干涉仪都是单模-无芯-少模-单模(SNFS)结构的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)。通过提取2个SNFS-MZI传输信号的差频成分并跟踪其波谷的移动,提高系统应变灵敏度。此外,通过单独提取参考干涉仪的干涉谱,从而消减应变测量时的温度串扰。实验结果表明:该系统的应变灵敏度为7.39 pm/με,约为单个传感干涉仪的应变灵敏度5倍;通过调节参考干涉仪和传感干涉仪的传感臂长,可以灵活调节MZ光纤应变传感器增敏解调系统的灵敏度性能。

基于Sagnac干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器

提出一种基于双萨格奈克(Sagnac)干涉计谐波游标效应的光纤温度传感器,在该传感器中,传感干涉计中熊猫光纤的长度约为参考干涉计中熊猫光纤的整数倍。理论分析与实验结果表明,当游标放大倍率相同时,基于谐波游标效应和基于普通光学游标效应的双Sagnac干涉计具有相同的温度灵敏度,但谐波游标效应对应的熊猫光纤长度失谐量明显大于普通光学游标效应,且阶数越高对应的失谐量越大。由于失谐量越大,游标放大倍率越容易控制和实现,因此,从制备角度上讲,谐波游标效应明显优于普通光学游标效应。该研究可为后续光学游标效应的研究提供重要参考。

一阶光学游标效应的全光纤温度传感器

本文提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉计(FPI)和迈克尔逊干涉计(MI)并联的全光纤温度传感器,该传感器由单模光纤依次错位熔接一段悬浮芯光纤和一段单模光纤而成,熔接和切割形成的反射面构成了FPI干涉计和MI干涉计,且MI干涉计的光程约为FPI干涉计光程的2倍(略大于2倍),从而,两干涉计产生了一阶谐波游标效应。实验结果表明,该传感器干涉谱中出现了具有明显一阶谐波游标效应特征的双包络,且随着温度的升高,干涉谱双包络逐渐红移,红移量远大于单个MI干涉计;在20℃~120℃的温度范围内,该传感器的温度灵敏度为208 pm/℃,约为单个MI干涉计的20.8倍,约为单个FPI干涉计的245倍;升降温实验以及同一温度多次测量实验均表明,该传感器具有良好的重复性和稳定性。该传感器在同一根光纤内实现了FPI和MI并联,其传感头总长度仅约为584.4μm,且为全光纤尖端结构,因此,特别适合于小空间环境高温检测。

基于增强型谐波游标效应的光纤温度传感器

提出一种基于增强型谐波游标效应增敏的光纤温度传感器,该传感器由光纤萨格奈克干涉计(Sagnac Interferometer,SI)和法布里-珀罗干涉计(Fabry-Perot Interferometer,FPI)级联构成。通过控制FPI的自由光谱范围为SI的自由光谱范围的整数倍且两者具有相反的温度响应,实现增强型谐波游标效应。实验结果表明,增强型谐波游标效应和增强型普通游标效应具有几乎相同的温度灵敏度,分别为单个FPI和SI灵敏度的28.7倍和16.9倍,增强型谐波游标放大倍率分别为普通谐波游标放大倍率的3.4倍和1.8倍,但增强型谐波游标效应对应的熊猫光纤长度失谐量明显大于增强型普通游标效应,且阶数越高对应的失谐量越大,因此,增强型谐波游标放大倍率更容易控制和实现。该传感器在获取高灵敏度的同时,稳定性能好、制备成本低,具有非常好的应用前景。

基于PDMS的FPI高灵敏度温度与气压传感器

为了满足生产实际对高灵敏度温度和气压测量的需要,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)设计了一款新型的高灵敏度温度与气压光纤传感器。传感器由两个自由光谱范围相近的法布里-珀罗干涉仪(FPI)并联构成,两个FPI由单模光纤端面涂覆PDMS制成。由于PDMS具有优良的热敏性和弹性,基于PDMS的FPI具有较好的温度和压力敏感性。将两个自由光谱范围相近的FPI并联后,形成一个光学游标效应传感器,进一步放大了传感器灵敏度。实验结果表明传感器的温度和气压灵敏度分别为2.7893 nm/℃和15.5079 nm/MPa,而单个FPI的温度与气压灵敏度分别为0.2508 nm/℃和1.5181 nm/MPa,灵敏度被分别放大了11.1和10.2倍。该传感器结构简单、制作容易、尺寸紧凑、成本低、灵敏度高、重复性和稳定性好,具有一定的实际应用价值。

基于增强型游标效应的光纤温度传感器

提出了一种基于增强型游标效应增敏的高灵敏度光纤温度传感器,该传感器由对温度均敏感的法布里-珀罗干涉计(Fabry-Perot Interferometer,FPI)与萨格奈克干涉计(Sagnac Interferometer,SI)级联构成。FPI为聚二甲基硅氧烷(PDMS)填充空芯光纤(HCF)形成的PDMS腔,SI由单模光纤环内熔接一段熊猫光纤而成。FPI和SI具有相反的温度响应,随温度的升高,FPI的干涉谱逐渐红移,而SI的干涉谱逐渐蓝移,从而产生增强型游标效应,其温度灵敏度远大于单个FPI或单个SI,且放大倍率明显高于普通游标效应。实验结果表明:36~39℃温度范围内,该传感器温度灵敏度达到了-57.85 nm/℃,分别为单个FPI和SI灵敏度的44.8倍和30.8倍,分别为普通游标效应放大倍率的2.56倍和1.66倍。该传感器具有灵敏度高、稳定性能好、制备成本低等优点,具有非常好的应用前景。

应用于单纵模光纤激光器的复合环腔滤波器的理论仿真

提出了一种用于单纵模激光器选模的基于光纤耦合器的光纤复合环腔(CRC)滤波器的仿真方法,利用该方法对两种新型双耦合器双环CRC(DCDR-CRC)滤波器及三耦合器双环CRC(TCDR-CRC)滤波器进行了理论仿真,通过引入游标原理,分析了两种滤波器在不同环长差下的滤波特性,并通过调整DCDR-CRC及TCDR-CRC的耦合比、环长及环长差,对有效自由光谱范围(FSR)、抑制比(SR)及主透射峰带宽进行优化,计算结果表明优化后环腔的有效FSR可有效抑制波长选择器传输通带内的增益竞争,较低的SR可以抑制CRC滤波器相邻透射峰之间的增益竞争,较窄的主透射峰可以保证仅有一个激光器的纵模被选择。

基于AR结构与FPI级联的游标效应增敏温度传感器

提出并实验验证了一种基于游标效应的超灵敏温度传感器,传感器由带有二氧化硅(SiO2)毛细管和空气腔的级联结构组成。毛细管可引起反谐振(AR)效应,空气腔具有法布里—珀罗干涉仪(FPI)的作用。利用FPI进行传感,毛细管作为混合级联传感器的参考干涉仪。实验结果表明:所提出的级联传感器的温度灵敏度显著提高,从0.477 nm/℃提高到2.43 nm/℃,与单一FPI相比,放大系数高达5.06。该传感器具有结构简单、性能稳定等优点。此外,基于AR效应的游标效应研究鲜有报道。

回音壁激光的单模式调控方法研究进展

回音壁模式微腔因模式体积小、超高Q值和低阈值的优点得到了广泛的关注,但是在旋转对称的回音壁微腔中会产生多纵模激光辐射,并且辐射的方向性较差,在实际应用中受到限制,寻求有效方法实现回音壁激光的单模辐射是微腔激光器走向实际应用的关键问题。本综述重点阐述了近年来回音壁激光单模调控的几种方法,包括减小腔体尺寸、外加选模结构、基于游标效应、基于宇称时间对称性破缺、变形微腔等,并对单模回音壁激光的发展前景进行了展望。通过本综述以期为相关领域研究人员提供参考,深入理解回音壁激光单模调控的物理机理。

一种基于光学游标效应的光纤应变传感技术研究

游标效应是提高传感器测量灵敏度的有效方法,提出了一种具有温度稳定性的基于光学游标效应的高灵敏度光纤应变传感方法。详细阐述了高灵敏度光纤应变传感方法的理论基础和系统结构,并对基于光学游标效应的光纤应变传感器的增敏效果进行了仿真研究。理论分析和仿真结果表明:将光学游标增敏效应与SMS干涉仪传光特性相结合,通过两个干涉仪的级联,可以实现具有环境温度稳定的高灵敏度应变传感器,灵敏度相较于原有的光纤应变传感器提高了10倍。该技术的研究和推广对光纤应变传感技术的发展具有重要意义。

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。

可用于传感领域的环形谐振腔游标效应的研究

为了验证光纤环形谐振腔的游标效应,对不同长度的光纤环形谐振腔进行了研究。实验研究了长度分别为2.24m和2.52m光纤环形谐振腔透射谱频率的对应关系,当谐振频率相同且自由频谱宽度个数差值为1时,根据差值等分测量原理,以其中一个谐振谱线作为标尺、另一个作为游尺,对标尺的自由频谱宽度九等分,得到游尺的最小测量分度为0.01GHz,这与MATLAB理论仿真结果一致。结果表明,通过改变谐振腔尺寸差,增加自由频谱宽度的等分刻度数,可以提高测量精度;基于微谐振腔对外界环境变化的敏感特性,谐振腔游标效应在高灵敏传感领域将具有潜在的应用。

一种新型的窄线宽光纤滤波器特性的研究

提出了一种用于单纵模光纤激光器的具有较宽的有效自由光谱范围(FSR)的窄线宽滤波器,该滤波器由一个高双折射光纤(HBF)环嵌套于Sagnac环形镜构成。首先从理论上得到了该滤波器的透射率表达式,然后对该滤波器的特性进行了数值分析。研究结果表明:由于分别沿着HBF的快慢轴运行的光之间会产生游标效应,从而可以获得具有较大的有效FSR的窄带透射峰。当HBF环的无源损耗得到适当补偿后,边峰抑制比能达到6 dB,且该窄线宽滤波器的这些特性与输入光的偏振态无关。在此基础上设计了一种1 053 nm光信号的窄线宽光纤滤波器。

级联微环谐振腔游标滤波器特性研究

提出了一种复合结构的级联微环谐振腔光学游标滤波器.用信号流程图法分析了游标滤波器的工作原理,利用梅森公式给出了输出功率表达式,随后探讨了器件输出谱的谐振条件、对比度和精细度.数值模拟结果表明:级联微环谐振腔光学游标滤波器相对于单个微环谐振腔而言,自由谱宽范围、对比度和精细度均得到了显著提高,并为该器件更好地应用到波分复用系统中的光滤波器、色散补偿器、光开关等器件中提供了理论依据.

基于游标效应的FBG阵列灵敏度增强研究

为了提高光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的温度和应变灵敏度,我们提出了一种基于游标效应的FBG阵列光纤传感器。该传感器由Lyot干涉仪(Lyot interferometer,LI)和FBG阵列级联而成,LI作为游标效应的参考干涉仪,具有相同反射率和波长间隔的FBG阵列作为游标效应的传感部分。游标效应是由LI的FSR(Free spectral range,FSR)和FBG阵列的等波长间隔之间的微小差异引起的。LI由两个起偏器和一段熊猫型保偏光纤(Polarization-maintaining fiber,PMF)组成。我们通过仿真证明了LI和FBG阵列之间产生了游标效应。通过实验研究了不同保偏光纤长度情况下传感器的温度和应变响应,在LI的FSR为1.76 nm的情况下,该传感器的温度灵敏度为-241.60 pm/℃,应变灵敏度为-13.42 pm/℃。该混合级联结构最突出的优点是通过改变LI的FSR或是FBG阵列的波长间隔就可以轻易改变FBG传感器的温度灵敏度和应变灵敏度,具有较强的灵活性。该传感器为提高FBG传感能力提供了一个新思路。

基于游标效应的增敏型光纤法布里-珀罗干涉仪温度传感器

本文介绍了一种高灵敏度光纤温度传感器.该传感器由一小段毛细管熔接于单模光纤和一段大模场光纤之间而构成串联的两个法布里-珀罗干涉仪.由于俩干涉仪具有相近的自由光谱区,因而它们的叠加光谱会产生游标效应.实验结果显示,利用游标效应解调,该传感器的温度灵敏度可从单一空气腔法布里-珀罗干涉仪的0.71 pm/℃提高到179.30 pm/℃.该传感器结构紧凑(<1 mm)且灵敏度高,具有良好的应用前景.

利用游标效应提高微波光子学扫描式频率测量效率

受激布里渊散射效应被广泛用于微波光子学频率测量中,然而该效应的测频系统存在扫描时间长、响应速度慢的问题,为了提高该系统的扫描效率,提出了基于频率梳泵浦和游标效应的改进方案。阐述了此方案的测频原理和改进机制,并进行了理论分析和仿真验证。改进后的系统在频率测量精度100 MHz、系统带宽50 GHz时,扫描次数降低为原来的7%,在相同精度和扫描次数下,带宽更大,表明新方案的系统性能得到了大幅提升。

无线传感网络定位中利用游标效应的高精度RF传播时间测量方法(英文)

无线传感网络中传感器节点的定位信息很重要,而精确的测距技术是获得传感器节点间可靠的距离信息所不可或缺的。在时钟系统中引入游标卡尺的原理,提出了高精度的RF飞行时间测量方法。2个异步时钟好像游标卡尺的主尺和副尺刻度一样,可以引出新的比原时钟频率高很多的虚拟时间分辨率。用2种异步时钟连续进行RF发射和接收,产生与RF信号传播时间有关的测量模式,由测量模式推测出RF传播时间。开发了短距离RF收发的实验系统,实验证明8 MHz的低分辨时钟系统可以测出12.5 ns的高分辨RF传播时间。

基于游标效应的双芯光子晶体光纤温度传感器

设计了一种基于双芯光纤耦合效应和游标效应的高灵敏度温度传感器,传感器是由2个相差一定长度的双芯光子晶体光纤和单模光纤级联构成。双芯光子晶体光纤通过级联实现游标效应,同时对纤芯中间的气孔填充乙醇实现温度传感。仿真结果表明,该温度传感器在35℃~45℃范围内的平均温度灵敏度可达−20.37 nm/℃。与单纯依靠双芯光子晶体光纤能量耦合效应的传感器相比,该传感器的温度检测灵敏度提高了10倍。

基于游标效应的温度不敏感光纤拉力传感器

提出了一种基于光学游标效应的并联法布里-珀罗干涉仪,实现了高灵敏度的光纤拉力传感。为实现高质量的游标效应,该传感器由两个法布里-珀罗干涉仪并联组成,分别为传感干涉仪和参考干涉仪,在此基础上,采用光纤衰减器来精确调控参考干涉仪的插入损耗,便于波长和强度之间的完美匹配。实验结果显示,并联后的拉力灵敏度达到了63.5 nm/N,线性度为99.26%,与单一传感干涉仪相比灵敏度提高了15.8倍。同时,温度串扰仅为9.8×10^(-4)N/°C。该传感器具备制作简单、灵敏度高、机械强度高、体积小以及成本低等优点,为恶劣条件下拉力测量提供了应用参考。