1 武汉理工大学理学院，湖北 武汉 430070
2 中兴通讯无线产品运营部，广东 深圳 518000
提出了一种少模光纤迈克尔孙干涉仪（MI）级联法布里-珀罗干涉仪（FPI）的游标增敏折射率传感器。少模光纤MI用作参考干涉仪，开放腔FPI作为传感干涉仪，解决了传统双FPI传感器的参考干涉仪制备复杂、可控性差的问题。仿真研究了单模-少模光纤错位量对少模光纤模式激发效率的影响，以及少模光纤长度对增敏倍数的影响。基于仿真优化参数制备了少模光纤MI-FPI传感器，并测试了其折射率响应特性，分析了增敏极限及限制因素。该传感器在1.3384~1.3412的折射率范围内的折射率灵敏度达到12466.956 nm/RIU（灵敏度单位），相对于无MI级联的单个FPI传感器提升了12.29倍，放大倍数可基于少模光纤长度灵活控制。该方法使传感器的增敏效果显著、增敏倍数可控、制备方法简单且光谱稳定性好，在折射率传感领域具有潜在的应用价值。
光纤光学 迈克尔孙干涉仪 少模光纤 模式反射 游标效应 折射率传感器 光学学报
2023, 43(19): 1906006
首先在光纤端面设计一种由金光栅-介质-金薄膜构成的复合结构,并研究多种共振模式随介质层厚度的变化及其场分布特点。然后研究限制在金光栅和金薄膜纳米级间距的波导共振模,通过反射谱的变化和谐振模式的电场分布特点研究不同阶次的纳米谐振效应。此外,还仿真计算金光栅的宽度、厚度及周期、中间介质层折射率和金反射薄膜厚度的变化对纳米谐振腔光谱特性的影响,根据波导模干涉的相位差公式定性分析其谐振频率的变化,并计算获得纳米谐振腔对腔内介质折射率和腔长的灵敏度。最后,搭建微位移平台,验证光纤端面与金薄膜所构成的Fabry-Perot干涉光谱随间距的变化,并提出光纤端面纳米谐振结构的实现方案。
光纤光学 纳米谐振腔 金属光栅 TM0表面等离子体波 光纤传感
已有的椭圆拟合算法利用李萨如图形解决了非理想3×3耦合器带来的解调结果误差问题,但是当信号变弱时,所对应的李萨如图形将偏离椭圆,造成解调困难。针对相位变化量极小的弱信号,基于同一系统中李萨如图形唯一的特点,提出利用参考信号确定椭圆参数并精准实现弱信号解调的改进椭圆拟合算法。实验结果显示,相较于常规椭圆拟合算法,改进的算法可以准确地解调弱振动信号,使探测分辨率提高400倍,且解调的相位与应变存在良好的线性关系。研究结果表明改进的算法可以很好地解决常规椭圆拟合算法无法解调弱信号的问题,提高了系统的测量分辨率。
测量 相位解调 非理想3×3耦合器; 椭圆拟合算法 弱信号探测 振动传感 光学学报
2021, 41(24): 2412001
1 武汉理工大学理学院，湖北 武汉 430070
2 武汉大学水利水电学院，湖北 武汉 430070
光学外差干涉系统信号频率高，传统的过采样解调方法的成本高且数据量大，不利于实时解调监测。研究了欠采样数字正交解调方法，以降低外差系统采样频率，满足振动传感快速解调和实时监测的需求。首先理论分析了外差干涉系统欠采样的原理，得到了采样频率需满足的条件，即最小采样频率需大于信号带宽的2倍。对欠采样解调进行了实验验证，在PZT激振电压为0.5 V、外差频率为80 MHz时，利用20 kHz~10 MHz的采样频率均可实现相位解调，解调误差最大为0.3%，且不随采样频率的降低而增大。研究了采样频率大小与可测激振电压范围的关系，采样频率越高，可测电压范围越大。50，100，200 kHz采样频率分别可适用于1~7 V、1~14 V和1~20 V范围的解调。欠采样数字正交解调以其低成本、快速解调的优势在光学外差干涉系统领域有广阔的应用前景。
光通信 外差干涉 数字正交解调 欠采样 动态范围 振动传感 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2306002
1 武汉理工大学理学院, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
介绍了一种基于纤芯失配与错位熔接的光纤Mach-Zehnder干涉仪,实现了折射率-温度双参量传感。将带有凸锥结构的多模光纤段与错位熔接接头作为两个耦合单元,其中凸锥结构增加了包层模式能量,提高了传感器透射谱对比度。改变外界环境折射率和温度,通过监测透射谱中两个波谷的特征波长漂移量,建立传感矩阵。实验结果表明,在折射率为1.3449~1.3797、温度为25~65 ℃的范围内,折射率和温度灵敏度分别为-25.682 nm/RIU(RIU为单位折射率)和0.073 nm/℃。本传感器具有制作简单、成本低等特点,在温度、折射率等多参数检测方面具有应用前景。
光纤光学 Mach-Zehnder 干涉仪 纤芯失配 错位熔接 折射率 温度 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 170607
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
2 Key Laboratory of Fiber Optic Sensing Technology and Information Processing, Ministry of Education, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
3 School of Science, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
4 Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan 430070, China
In this Letter, a sensor consisting of a fiber Bragg grating (FBG) and a fiber Fabry–Perot interferometer (FFPI) sensor is developed to measure the coefficient of thermal expansion (CTE) and the thermo-optical coefficient (TOC) of a silica-based optical fiber at cryogenic temperatures. The FFPI is fabricated by welding together two acid-etched fibers. The temperature performance of the FFPI-FBG hybrid sensor is studied in the temperature range of 30–273 K. The CTE and TOC of the optical fiber at cryogenic temperatures are derived analytically and verified by experiments.
060.2300 Fiber measurements 060.2370 Fiber optics sensors 060.2400 Fiber properties Chinese Optics Letters
2015, 13(10): 100601
武汉理工大学 光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室，湖北 武汉430070
文章提出了一种基于差分演化算法的光纤布拉格光栅(FBG)参数重构技术。基于均匀FBG的目标反射谱，可利用差分演化算法寻找一组光栅参数，根据这组参数计算得到的反射谱与目标反射谱偏差最小，该组参数即为重构的光纤光栅参数。数值实例表明，差分演化算法计算效率高，结果精确，是一种实用的参数重构方法。
光纤布拉格光栅 差分演化算法 参数重构 FBG differential evolution algorithm parameter reconstruction
