光纤布喇格光栅应力增敏理论研究

提出了一种光纤布喇格光栅应力增敏的模型,推导了该模型的应力与光纤布喇格光栅中心波长相对偏移量之间的关系,以及增敏后的光纤布喇格光栅应力响应灵敏度系数的表达式,给出了该增敏模型的弹性模量计算公式,指出通过适当选择弹性体的弹性模量和尺寸,可以提高光纤布喇格光栅应力响应灵敏度。

光纤布拉格光栅传感器应变和温度同时测量结构和传感模型

布拉格传感器对应变和温度都是敏感的,会出现交叉敏感的问题。解决应变和温度交叉敏感的问题是光纤布拉格光栅传感器进一步发展的关键。本文着重从理论上介绍了布拉格光栅传感器的交叉敏感问题的物理机制,并介绍了主要的光纤布拉格光栅实现应变和温度同时测量的结构和传感模型。

高灵敏度、高精度的光栅应变传感系统

为了实现对应变的高灵敏、高分辨率测量,本文搭建了基于色散增强的光载微波干涉(Optical Carrier Microwave Interferometer,OCMI)应变测量系统。首先,根据双边带调制理论推导了OCMI应变传感系统的传递函数,得到了光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)光学波长漂移量与微波频率之间的映射关系;接着,搭建了应变传感系统,通过监测高频频率对比不同色散组合下系统的灵敏度,表明反向接入线性啁啾光纤布拉格光栅(Linearly Chirped Fiber Bragg Grating,LCFBG)能够有效增强灵敏度,且LCFBG的色散量越大,系统的灵敏度越高。实验结果表明:采用色散增强的应变传感系统的灵敏度可达43.75 kHz/με,是无LCFBG系统灵敏度的42倍。本文提出的方案具有高的稳定性和测量分辨率,这为弱物理量的测量提供了一种参考方法。

均分直槽微结构光纤光栅磁场传感器

对微结构光纤磁场传感器的增敏性能进行研究,设计了一种基于飞秒激光微加工的均分直槽型微结构光纤磁场传感器。利用飞秒激光在刻有光纤布拉格光栅(FBG)的单模光纤(SMF)包层上刻蚀均分直槽微结构,并采用HF溶液清除直槽内的残留碎屑和应力集中点,随后用磁控溅射技术在加工部位溅射一层磁致伸缩薄膜TbDyFe。当外界磁场强度变化时,通过观测传感器中心波长的变化可实现对磁场强度的测量。直槽微结构能减小光纤横截面积,改善光纤轴向伸缩性能,增大薄膜附着表面积,从而提高传感器探头灵敏度。理论分析了直槽微结构提高传感器性能的工作原理,介绍了传感器探头的制备工艺和性能影响因素,给出了不同参数传感探头的磁场测试结果。实验结果表明,利用飞秒激光加工直槽微结构能明显改善传感器探头灵敏度,其中直槽个数对性能影响最为明显;相对于无微结构传感器探头,有微结构光纤探头灵敏度最高可提升3.8倍。

Second-order optical differentiator using mechanically-induced LPFG with a single n-shift

An all-optical second-order temporal differen- tiator using a mechanically-induced long-period fiber grating （MI-LPFG） with a single n-shift was demonstrated. The MI-LPFG was created by pressing a fiber between two periodically grooved plates with a n-shift located at the 3/4 length from the input end of LPFG. The coupling coefficient （x） can be adjusted by changing the pressure applied on the fiber. The experimental results show that the transfer function of the proposed MI-LPFG can be adjusted to have a transfer function as an ideal second-order differentiator. The differential performance of the designed differentiator to a Gaussian pulse is also analyzed.