基于酒精选择性填充光子晶体光纤的Sagnac应变传感器

提出了一种基于酒精选择性填充光子晶体光纤的新型Sagnac光纤环应变传感器,实现了对微小应变的高灵敏度测量.利用酒精对光子晶体光纤的选择性填充使之产生双折射效应,并将已经填充好的光子晶体光纤嵌入到Sagnac干涉环中,实现了Sagnac干涉效应.当给光子晶体光纤施加应变时,Sagnac干涉谱的波峰会随着应变变化而变化,实现对应变的测量.实验结果表明,当微应变在0~3 958时,测量微应变的灵敏度能够达到3.66 pm.同时,本结构具有高灵敏度、高稳定性、抗电磁干扰、易于搭建等优点.     

基于温度补偿高双折射光纤环镜的边缘滤波解调方法

提出了一种光纤光栅传感解调新方法.系统由1个3dB耦合器、1个传感光纤布喇格光栅、1个双折射光纤环镜和1个探测器构成,高双折射光纤环镜作为边缘滤波器.光纤光栅波长的线性解调带宽为3.6nm.对双折射光纤环镜的温度补偿进行了实验研究,实验表明,封装的高双折射光纤环镜能够补偿高双折射光纤环镜的温度漂移.补偿前的高双折射光纤环镜波长随温度漂移为2.3 nm/℃,补偿后的双折射光纤环镜波长随温度漂移为0.005 nm/℃,远小于未补偿的双折射光纤环镜波长随温度漂移.     

基于微结构光纤的新型功能器件、异质兼容结构与光电子集成2013年度进展报告

该年度的主要研究内容和预期目标,开展了大量的理论和实验研究工作,该报告中包含的主要研究成果如下:(1)研究了一种简化空芯微结构光纤的传导机制和模式特性,揭示了其传导机理。将荧光(激光)染料填充并复合到了空芯光纤的中心孔中,并结合光纤侧面探测技术提出了一种高灵敏度的、空间分辨的荧光探测技术,实现的浓度探测极限达1p M,较传统方法提高一个数量级以上,为目前报道的光纤基同类技术中的最好值。成果详见Applied Physics Letters 102,011136(2013)。(2)理论分析了选择性填充不同折射率的高折射率功能材料以及不同的选择性填充结构的微结构光纤的模式耦合特性及模式双折射特性,揭示了纤芯模式与高折射率柱模式的耦合特性对光纤双折射特性的调控,实现了具有独特双折射特性的微结构光纤。实现了不同选择性填充结构的高折射率功能材料填充的微结构光纤,实验研究了其Sagnac干涉仪传输光谱和传感特性,揭示了具有不同群双折射特性的微结构光纤Sagnac干涉仪不同的光谱和传感特性,以及传感灵敏度对波长和温度的强烈依赖性,实现了在56.5°C时高达-45.8 nm/°C(112,531 nm/RIU)的温度(折射率)灵敏度,以及19.6 nm/N轴向拉力灵敏度。     

基于乙醇填充的光子晶体光纤温度传感器

提出一种具有独立探头的反射式高双折射光子晶体光纤环镜结构,此结构利用乙醇的热光效应对光子晶体光纤双折射线性调制,双折射的改变引起Sagnac干涉系统光程差的变化,并导致光谱强度在某一温度区间随温度线性变化,实现了温度的高灵敏度测量.此结构克服了传统的环内结构易受外界扰动的缺点,并且使其在实际应用中搭建分布式传感系统成为可能.实验验证了乙醇的折射率随温度的线性变化规律,灵敏度为4.45e-4/℃;验证了填充乙醇后光子晶体光纤双折射与温度的变化规律,灵敏度为0.015 625/℃;验证了在20~40℃之间,输出光强随温度的变化规律,灵敏度为0.003 1 m W/℃.利用琼斯矩阵理论论证了干涉光谱的形成机理,得到干涉谱方程.     

光纤光栅传感信号的Sagnac环境边沿滤波解调方法

利用高双折射光纤构成的Sagnac环境做为边沿滤波器件,应用于光纤光栅传感系统中,实现了7nm范围内的线性波长解调．采用全光纤设计,系统的解调速度可达数kHz．该解调方案基于光强度测量,适用于动态和静态测量,具有系统反映迅速,性能价格比高等优点．     

光纤布喇格光栅应变传感灵敏度的分析

分析了光纤布喇格光栅分别在轴向应变和径向应变情况下的传感特性，在理论上推导了光纤布喇格光栅的应变-波长位移数学模型，讨论了轴向应变灵敏度和径向应变灵敏度的异同，并且给出了计算机仿真实验结果．光纤布喇格光栅传感器在实际应用中，安装方位对光纤应变测量有很大影响，分析了轴向应变和径向应变同时存在的情况下，不同的安装方位及其不同的应变比导致光纤布喇格光栅传感灵敏度的变化，同时给出了计算机仿真实验结果．     

扭转双折射光纤Sagnac干涉仪及电流传感

光纤固有和外界线性双折射是光纤电流传感实际应用的主要障碍。本文应用琼斯矩阵分析了扭转双折射光纤Ｓａｇｎａｃ干涉仪的偏振光干涉及电流传感,从理论上讨论了光纤线性双折射对Ｓａｇｎａｃ电流传感的影响,并指出为有效地抑制这一影响,要求的扭转速率约为２００ｒａｄ／ｍ的量级,此外,旋转Ｓａｇｎａｃ环丙输入端面使它们的本地坐标系间夹角满足τｚ＋δ＝（ｎ＋１）π可进一步减小上述影响。     

Sagnac型环形镜理论研究

对基于双折射光纤的Sagnac型环形镜的反射和透射特性进行了理论研究，得出了偏振控制器、耦合比、光纤长度和折射率差对其反射谱线的影响．结论对设计制作不同性能，满足不同要求的Sagnac型环形镜具有参考价值．     

光纤光栅中双折射致偏振相关特性

为了研究光纤光栅在横向压力作用下的双折射效应,讨论了光纤光栅中双折射所致的透射特性以及偏振相关特性的变化。通过仿真分析了起偏角对传输特性的影响,研究了双折射效应引起的光纤光栅偏振相关特性。利用传输矩阵法,仿真分析了光栅的参数、结构类型、光纤本征双折射和光栅中光致双折射对偏振相关损耗的影响,并利用邦加球分析了经光栅双折射作用的透射光偏振态的变化。结果表明,双折射的大小和偏振相关损耗以及第一斯托克斯参量之间存在单调递增关系。此结论为利用光纤光栅的偏振特性进行弱压力传感测量提供了基础。     

基于非对称微结构纤芯的高双折射光子晶体光纤

该文提出了一种基于四方晶格非对称微结构纤芯的太赫兹高双折射光子晶体光纤.该设计在保证了光纤高双折射特性的同时,有效的降低了其限制损耗.数值模拟采用全矢量有限元法.该文对太赫兹波导、器件以及偏振相关传感等领域具有重要意义.     

物理模型试验光纤传感技术测试方法分析

地下工程常处于复杂三向应力状态,立体模型更能真实反映采场围岩应力状态。将传感光纤分别布置于几何尺寸为3 000 mm×200 mm×1 280 mm平面应力模型和3 600 mm×2 000 mm×2 000 mm立体模型中,分析工作面与光纤不同空间位置时模型应变分布规律。结果表明:传感光纤在模型相似材料铺装前应施加轴向预应力,保持光纤处于预拉状态;温度定位法可实现光纤精准空间定位,当试验环境温度变化明显时,需对传感光纤进行温度补偿以消除温度效应引起的应变测量误差;采动岩体应变分布呈现3个阶段:工作面靠近光纤时,超前支承压力引起下位覆岩应变呈负向台阶变化;工作面过光纤时,垮落、离层区岩层断裂下移引起应变曲线正向台阶变化;工作面远离光纤后,采空区重新压实导致光纤处于受压状态,研究结果对岩土工程类立体模型试验监测具有一定借鉴意义。     

光纤Bragg光栅监测沥青混凝土应变试验

基于光纤Bragg光栅(FBG)传感原理,结合沥青混凝土路面的特点,介绍了传感器应变传感特性与设计封装结构,制作了一种用于监测沥青混凝土应变试验研究的光纤Bragg光栅传感器。通过砝码加载的方法对传感器进行标定,光纤Bragg光栅传感器的应变灵敏度系数为1.1 pm/με,封装工艺没有改变光纤光栅的应变传感特性;传感器埋入SMA-13沥青混凝土后,通过静态试验得到荷载与传感器轴向应变之间的关系为0.038 7με/N;通过ANSYS 11.0仿真传感器静态试验,得到传感器应变灵敏度修正因子η为0.928;进行了5 h动态试验,应用其监测室内车辙试验下沥青混凝土内部结构沿传感器轴向的应变,随着碾压次数的增加,轴向的应变增加。监测结果能够反映沥青混凝土内部结构应变基本变化规律,可用于沥青路面的应变监测,为道路养护决策提供了一种新方法。     

椭圆双折射光纤的琼斯矩阵和法拉弟效应分析

1 前言光纤中的磁光法拉弟效应,可用来发展测量超高压线路上大电流的光纤传感器,其重量轻、抗电磁干扰、绝缘性能好等优点已被普遍公认。为了使光纤中传输的偏振光的微小法拉弟旋转不至于被光纤固有的双折射所淹没,目前传感所用的光纤多为低双折射光纤。但在绕制安装光纤线圈时,由于不对称的应力、形变以及其它外界环境因素引起的、随机变化的附加双折射也将导致光偏振面的旋转,甚至淹没法拉弟旋转。因此,对光纤线圈的绕制安装提出了极其严格的要求。已有人提出一种新型光纤——扭转高双折射光纤。从偏振光学的角度看,该光纤呈现椭圆双折射。     

光纤光栅测力环及其应用

基于光纤光栅传感原理,将光纤光栅应变传感器、温度传感器与弹性体组合在一起,研制出了光纤光栅测力环.该装置同时测量构件所受应力和温度,并对结果进行补偿以提高测试精度.光纤光栅测力环已成功应用于国内某桥系杆换索施工的监测,实践表明在一般建筑工程环境下,其测量精度可达到±2%,大大优于其他测量工具.因此,光纤光栅测力环可以实时精确地监测工程结构的温度及应力变化状态.     

基于相移光栅的Sagnac环滤波器的光谱特性分析

提出了一种基于相移光栅的Sagnac环滤波器的设计.利用Jones矩阵法,建立了该滤波器的理论模型,推导出了传输谱的表达式,并对其进行数值仿真和分析.重点讨论了相移光栅的参量、光纤环臂差对传输光谱的影响.通过数值模拟,得到了具有双带通的梳状滤波特性的传输光谱,可应用于光纤光栅传感和通信系统.     

双光纤布拉格光栅温度和应变传感研究

在对光纤布拉格光栅温度和应变传感原理分析的基础上，构建了一种易于实用化的，能够实现温度和应变双参量同时区分测量的双光纤布拉格光栅传感器结构，并建立了其传感模型，从而解决了光纤布拉格光栅传感器进一步发展的关键问题，即温度、应变交叉敏感问题．最后，在现有的实验条件下设计了该模型的传感实验系统．实验结果表明，当被测温度变化在10～65℃，轴向应变在50με～350με范围内时，测量结果与实际值很接近，从而证明了双光纤布拉格光栅结构传感模型的正确性，并为其深入研究和实用化奠定了一定的理论和实验基础．     

Sagnac/Mach-Zehnder干涉仪分布光纤传感系统实验研究

本文对Sagnac/Mach-Zehnder干涉仪分布光纤传感系统进行了实验研究,作者在实验环境下搭建了该系统,并在多个位置多次进行了扰动模拟实验,验证了Sagnac/Mach-Zehnder干涉仪分布光纤传感系统中使用时域互相关方法对扰动进行定位的理论正确性和实验条件下的可行性,填补了之前研究只有理论分析和仿真而无实验数据的空白。     

基于光纤传感的玻璃封接预应力测量

为实现对玻璃中预应力的测量,该文提出了一种基于光纤传感的玻璃封接预应力测量方法。将光纤Bragg光栅传感器植入封接玻璃预留孔中,加热使玻璃熔融,再冷却固化从而使光纤传感器、玻璃、金属同时烧结在一起。通过光纤传感信号的实时监测,实现了对封接温度的实时测量。通过光纤传感信号的变化,计算出了封接玻璃中测量路径的轴向压缩应变,结合有限元分析得到玻璃中的全局应力分布。实验结果表明:光纤传感器可实现对封接过程温度和应力的监测,以玻璃中预应力为指标可以实现对封接工艺的优化。     

双向EDFA在长距离分布式光纤传感系统中的级联方案

长距离光纤传感中需要利用EDFA来实现光放大,降低光损耗,在某些需要光互易结构的特殊应用中,比如相位OTDR分布式光纤传感系统以及长距离基于Sagnac或Michelson结构的光纤传感系统中,还要求传感光纤线路上的EDFA可以进行双向的光放大.在长距离光纤传感过程中往往还需要级联多个双向EDFA,这会给系统调试带来复...     

分布式光纤传感系统相位还原的色散特性

在强度调制型光纤传感系统中,光脉冲的传播会受色散的影响而产生展宽效应.为了研究色散对相位调制型光纤传感系统相位传输特性的影响,本文对该系统获得的相位信号受色散的影响进行研究评估.该研究是基于宽光谱白光光源Sagnac结构的分布式光纤传感系统,分别使用正弦信号和脉冲信号对在不同长度传感光纤里传输的光进行相位调制,并还原出相应的相位调制信号;作为对比,在另一强度调制型光纤传感系统中,用相同参数的脉冲信号对在不同长度传感光纤里传输的光进行强度调制.结果显示,在强度调制型光纤传感系统中获得的脉冲信号会发生明显的展宽,但在相位调制型光纤传感系统中还原出的相位调制信号脉宽展宽明显小于强度调制型系统.