基于大规模光栅阵列光纤的分布式传感技术及应用综述

光纤布拉格光栅传感技术因其具有高灵敏度、抗电磁干扰、体积小及易复用等特性而广泛应用于恶劣环境的温度、应变及振动等物理量检测.基于在线光纤拉丝塔的大规模光栅阵列光纤制备方法的实现,突破了传统光纤光栅分布式传感技术受限于机械强度和制备工艺复杂的限制,大大拓展了其在分布式传感领域的应用.本文系统地介绍了大规模光栅阵列光纤的制...     

前言

正本专辑系上一期"光纤传感技术专辑(1)"的继续。本专辑共发表8篇综述长文,其中4篇分别为氢气传感器、分布式光纤声波传感技术、光纤受激布里渊散射、蓝宝石衍生光纤及传感器研究进展,另4篇属"光纤上的实验室"(lab-on-fiber),具体内容如下:光纤类氢气传感器是光纤传感器研究热点之一。在电力设备健康监控、氢能源应用、地震监测等领域均有迫切需求。《面向应用的光纤氢气传感技术》一文依照光纤类氢气传感器的类型,分别综述微镜型、干涉型、消逝场型、光纤布拉     

波长编码型光纤传感器高精度解调技术研究进展

介绍了波长编码型光纤传感器高精度解调技术的最新研究进展,所涉及的解调技术能够实现对波长编码型光纤传感单元阵列的亚纳应变级分辨率的测量能力.首先回顾了光纤光栅应变传感技术,分析了高精度光纤应变传感器所选用的敏感元件;然后介绍了前馈式扫频激光线宽压缩技术和闭环轮询式探测技术,详述其理论原理、实现方案、性能指标;最后介绍了基于上述技术实现的高精度光纤应变传感系统实现地壳形变观测的应用实例,为各类高性能光纤传感器的研究与应用提供参考.     

分布式光纤传感技术综述

分布式光纤传感技术是光纤传感领域的重要组成部分,传感光纤集传感与传输于一体,可实现远距离、大范围的传感与组网;可连续感知光纤传输路径上每一点的温度、应变、振动等物理参量的空间分布和变化信息,单根光纤上能获得多达数万点的传感信息.本文介绍了分布式光纤传感技术的国内外进展,重点阐述了基于瑞利后向散射和干涉式的分布式传感各自...     

光纤法珀传感解调方法研究进展

光纤法珀传感器是目前发展历史最长、应用最普遍、技术最成熟的一种光纤传感器,广泛应用于各类极端复杂的环境中,对其传感信息进行准确解调是实现高精度测量的关键.首先对光纤法珀传感技术的发展历程进行了回顾和评述,接着介绍了光纤法珀传感器的类型和基本传感原理,对光纤法珀传感器解调方法的研究进展进行了阐述,从强度解调和相位解调两方...     

面向应用的光纤氢气传感技术

光纤类氢气传感器因基于光学原理,具有本质安全和无电磁干扰的特性,成为氢气传感器研究的热点,在电力设备健康监控、氢能源应用、地震监测等领域均有迫切需求.依照光纤类氢气传感器的类型,分别综述了微镜型、干涉型、消逝场型、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)型等4种不同光纤类氢气传感器的原理和研究进展.详述了近几年在光纤类氢气传感领域的工作,包括应用于高浓度氢气监测的钯合金型光纤氢气传感器、应用于中低浓度氢气报警的掺铂三氧化钨型光纤氢气传感器、应用于超低浓度痕量监测的三氧化钨-钯-铂纳米复合薄膜型光纤氢气传感器.对比3种技术方案的研究现状,分析需要解决的问题并对应用前景进行了展望.     

光纤传感中的受激布里渊散射效应

受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)作为光纤中重要的非线性效应,对光纤传感系统有重要影响.在远程干涉型传感系统中,SBS增加系统相位噪声,导致传感系统探测灵敏度降低,因此研究其抑制技术十分必要.此外,SBS也是一种重要的传感手段,可用来实现分布式温度或应变测量,因而基于SBS的分布式传感技术受到广泛关注.因为基于SBS的超窄线宽激光器具有独特的性能,所以在相干传感系统中的应用前景较好.该文阐述了SBS对干涉型传感系统的影响,分析对比几种SBS抑制技术,介绍了布里渊光时域分析计的主要指标及几种提高系统性能的技术,最后介绍了超窄线宽布里渊掺铒光纤激光器的研究现状.     

倾斜光纤光栅传感器

倾斜光纤光栅是一种光栅条纹与光纤法线存在一定角度的特殊光纤光栅.由于光栅倾角的引入,前向传导的入射光被有效激发至后向传导的包层模,并保留满足布拉格条件的后向传导纤芯模.经过各种新颖的结构设计、物理组合及生物化学材料修饰,倾斜光纤光栅可实现多种物理、机械、电磁、生物、医学、化学传感量的高精度检测,成为"光纤上的实验室"(lab-on-fiber)的重要组成和关键器件.该文系统介绍了倾斜光纤光栅的制作方法、模式耦合理论、传感机理与特性(特别是表面等离子共振技术)及近年发展起来的各种传感应用实例,包括机械类传感如弯曲、振动、位移等;电磁类传感如电场、磁场等;生物类传感如细胞、蛋白、血糖;化学类传感如气体、电活性微生物等.随着各种新功能材料和纳米加工技术的快速发展,基于倾斜光纤光栅的交叉学科研究快速发展,为进一步提高光纤传感器测量精度、拓展测量对象提供了重要支撑和广阔的发展空间.     

拉锥光纤传感技术

拉锥光纤传感技术作为一种新兴的传感技术,在电力、石油化工、生化、航空航天、环保、国防等领域有着重要的应用价值并逐渐成为当前国际上的研究热点之一.与普通光纤相比,拉锥光纤的模场直径为微米或纳米量级,极大地增强了光在光纤中传输时的倏逝场,从而显著提高此类光纤传感器的灵敏度及响应速度,缩小了光纤传感器的尺寸,使其在传感应用中更具优势.该文分析并讨论了拉锥光纤传感器的理论基础、关键技术及相关应用.主要内容包括:1)阐述了微米光纤耦合传感器的原理、制备工艺及折射率和温度传感特性.2)讨论了单模-多模-单模及单模-拉锥多模-单模光纤结构的传感原理并实现了一种基于单模-拉锥多模-单模的高灵敏度折射率传感器.3)为拓展拉锥光纤传感器的应用范围并提高其空间分辨率,发展了一种半拉锥光纤传感器微探头.4)介绍了拉锥光纤在光通信及微操纵等方面的应用.     

微结构光纤分布式传感技术实现油井压裂监测

提出了一种使用聚酰亚胺涂敷、低羟基高纯石英玻璃微结构的散射增强型微结构光纤,用于监测和评估油井开采中水力压裂技术的过程与效果,该光纤对高温、高湿度、富氢环境有较好的耐受力.通过分布式传感系统测量了该光纤的散射增强效果,当光纤损耗为3 dB/km时,测量精度可以提高2～5倍,在实际油井压裂监测中,微结构光纤分布式传感系统...     

偏心孔辅助的双芯光纤器件及其应用研究

随着光纤传感器不断在新领域的应用拓展,光纤传感器正面临许多新的挑战.利用特种光纤研制性能突出的光纤传感器已经成为研究热点.本文介绍了一种偏心孔辅助的双芯光纤的设计,并讨论了多种基于偏心孔辅助的双芯光纤器件的工作原理、制备方法及传感特性.     

阶跃折射率光纤的电磁场模式研究

光纤通信是现代化通信的支柱 .在光纤通信中 ,光纤是最重要的部件之一 .本文利用电磁波动理论对光在光纤中的传输模式和传输特性进行了分析和研究 .探讨了在计算机上对本征方程的数值求解问题 ,并提出了一种测量二阶模式截止波长的简便方法 .     

空间光通信用耐辐照掺铒/铒镱共掺光纤研究进展

掺铒和铒镱共掺光纤放大器具有抗电磁干扰、紧凑轻质、电光转换效率高、免调试维护等优势,在空间光通信系统中发挥着重要作用.然而,当光纤放大器长时间暴露在地球空间轨道恶劣的辐照环境中时,会受到宇宙中带电粒子和高能电磁辐射的综合作用,尤其是增益光纤在辐照环境会引起辐照损伤导致激光放大性能失效,严重制约它在空间光通信领域的应用.该文简要介绍了太空辐照环境中辐照导致光纤性能下降的现象与问题,然后从辐照效应的产生机理、影响光纤耐辐照性能的因素、辐照加固方法三方面详细阐述了耐辐照掺铒和铒镱共掺光纤的研究进展,最后对其未来的研究趋势进行了展望.     

关于衍射光学元件在量子电子学系统中多领域应用的分析

随着现代光电子信息技术及其光学技术的日益先进,衍射光学元件自身的应用优势不断开拓,一系列的新型光学元件不断被应用,衍射光学元件的应用范围是比较广泛的,通过对其各个物理学层次的应用剖析,进行衍射光学元件设计极其应用原理的实例探究.     

基于PbS掺杂少模光纤的线偏振模放大

本文采用改进的化学气相沉积（modified chemical vapor deposition,MCVD）法制备了一种新型少模光纤——硫化铅（PbS）掺杂少模光纤,研究了该光纤的荧光特性,并基于空间光调制器搭建了少模光纤放大系统,测量了光纤的模式增益特性。实验结果表明：在980 nm激光泵浦下,该光纤表现出超宽带近红外发光,光谱范围为1 050~1 650 nm;在1 540~1 560 nm波段范围内,实现了LP₀₁和LP₁₁模式放大,平均模式开关增益为4.5 dB,差模增益小于0.6 dB。该光纤为模分复用系统实现宽带模式放大提供了可行性。     

樱桃和榆叶梅导管的比较研究

通过组织离析和显微观察等方法,对樱桃和榆叶梅木质部中导管类型、数量、长度、口径以及木质部中纤维的长度、口径比较研究,发现樱桃木质部中网纹导管、孔纹导管比例均大于榆叶梅,导管分子长度、纤维分子长度均小于榆叶梅,导管分子口径、纤维分子口径普遍大于榆叶梅．研究结果显示,樱桃的木质部导管比榆叶梅更进化一些．     

基于传统光纤的涡旋光复用通信研究进展

大数据时代的飞速发展给光通信系统带来了巨大的压力和挑战,高速大容量光通信成为发展的必然趋势.随着光波传统物理维度资源的开发利用趋于极限,基于横向空间维度的涡旋模式复用技术在提升传输容量方面备受瞩目.除了各种特殊设计的环形结构光纤外,广泛铺设的传统光纤也能够支撑涡旋模式复用通信.该文回顾了传统光纤中涡旋光复用通信的研究进展,首先介绍了光纤中不同模式基的特征和用于传统光纤模分复用传输的性能,其次重点介绍了传统单模光纤和多模光纤中支持涡旋模式的特性,随后详述了基于传统多模光纤的涡旋光复用通信以及利用其他模式基复用通信的研究进展,最后进行了展望和总结.     

表面贴装光纤应变传感器设计

导出了任意应变场中任意形状的单模光纤中传输光的相位变化关系，在此基础上提出了表面贴装干涉型光纤应传感器的一种新的设计方法，可用于任意类型应变与应力场中考察点处的应变或应力测量．