1 南方科技大学 创新创业学院, 广东 深圳 518055
2 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州), 广州 511458
光纤形态传感技术是解决柔性体形态测量、光电缆实时形态跟踪、医疗介入针轨迹实时跟踪等3D形态恢复问题的创新型技术方案。光纤形态传感技术以光纤作为敏感元件, 传感器具有结构简单、易于嵌入安装、测量不需要视觉接触、耐腐蚀, 以及抗电磁干扰等优点, 适用于水下、地下等复杂环境中的大尺度结构形态测量。近年来, 光纤形态传感器受到了越来越多的关注, 文章综述了光纤形态传感技术的最新研究进展, 以一维曲率传感器、全向型曲率传感器和空间形态传感器为线索, 介绍了各阶段传感器的研究现状以及面临的挑战。
光纤 形态传感 曲率 光栅 多芯光纤 optical fiber shape sensing curvature optical grating multi-core fiber
南方科技大学创新创业学院, 广东 深圳 518060
介绍了一种基于单模光纤侧边粗抛磨增敏技术的光纤曲率传感系统,采用脉冲自参考信号解调技术对增敏区的透过率进行高精度测量。通过悬臂梁曲率测量实验,测定传感器敏感区的线性响应系数是0.593,系统测量噪声幅度为5.9×10 -5,经过悬臂梁位移与曲率换算,可知该系统的曲率分辨率可达9.95×10 -5 m -1。该系统具有结构简单、响应带宽宽和可实现时分复用等优点。
光纤光学 抛磨光纤 曲率测量 光纤传感 强度解调 光学学报
2020, 40(14): 1406004
1 解放军信息工程大学 理学院, 郑州 450000
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 南方科技大学 创新创业学院, 深圳 518000
为实时监测高通量激光系统中洁净情况，提出了基于微纳光纤的微量污染物传感技术。为消除微纳光纤外形结构误差对测试结果影响，首先理论研究了微纳光纤拉制过程，得到了加热长度和拉伸长度误差和引入微纳光纤外形结构偏差的关系，接着通过理论仿真得到了不同拉制参数条件下，微纳光纤外形结构误差情况，并得到了拉制长度为10 mm、直径为1.5 μm的最优制备参数，最后通过实测微纳光纤外形结构验证了理论仿真结果。实验结果表明，通过优化微纳光纤拉制参数可实现其外形结构的精细控制，为微纳光纤用于微量污染物传感工程实用化奠定基础。
微纳光纤 污染检测 外形结构 精细控制 optical microfiber environment monitoring structure precise control 强激光与粒子束
2018, 30(7): 074104
Author Affiliations
Abstract
1 College of Meteorology and Oceanology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Department of Physics, School of Science, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China
We modify the pulse-reference-based compensation technique and propose a low-noise and highly stable optical fiber temperature sensor based on a zinc telluride film-coated fiber tip. The system noise is measured to be 0.0005 dB, which makes it possible for the detection of the minor reflectivity change of the film at different temperatures. The temperature sensitivity is 0.0034 dB/°C, so the resolution can achieve 0.2°C. The maximum difference of the temperature output values of the sensor at 20°C at different points in time is 0.39°C. The low cost, ultra-small size, high stability, and good repeatability of the sensor make it a promising temperature sensing device for practical application.
060.2370 Fiber optics sensors 060.4080 Modulation Chinese Optics Letters
2018, 16(7): 070603
Author Affiliations
Abstract
1 Academy of Ocean Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 College of Optoelectronics Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We propose a compensation technique based on pulse reference for intensity-modulated optical fiber sensors that can compensate the power fluctuation of the light source, the change of optical components transmission loss, and the coupler splitting ratio. The theoretical principle of this compensation technique is analyzed and a temperature sensor based on fiber coating-covered optical microfiber is carried out to demonstrate the compensation effect. The system noise is measured to be 0.0005 dB with the temperature sensitivity reaching 0.063 dB/°C, and the output drift is 0.006 dB in 2 h at room temperature. The output shows a slight variation (0.0061 dB) when the light source and the common light path suffer a 3 dB attenuation fluctuation.
060.2370 Fiber optics sensors 060.4080 Modulation Chinese Optics Letters
2017, 15(12): 120603
1 国防科学技术大学海洋科学与工程研院, 湖南 长沙 410073
2 91362部队, 浙江 岱山 316200
基于光源内调制法的相位生成载波(PGC)解调系统中存在因干涉仪臂差及光源快速调谐引入环境相位噪声和光源相位噪声等问题，为此，建立了基于微纳光纤全光相位调制器的新型PGC解调系统。为满足PGC解调技术应用要求，设计了基于光吸收致热效应的微纳光纤全光相位调制器，调制带宽可达10 kHz以上。在此基础上，构建了光纤水听器PGC解调系统，并进行了模拟水声信号的测试解调研究。实验结果显示，该系统可以对3 kHz以下水声信号的进行良好解调。
光学器件 微纳光纤 全光调制器 光纤传感 相位生成载波
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
针对通过双光纤直接拉伸法获得的腰区直径达到波长甚至亚波长尺度的微纳光纤耦合器(OMC)进行了制作与实验研究；实验结果显示，当OMC 的腰区直径小于2.5 μm ，其腰区耦合功能将消失，OMC 将成为具有合束和分束功能的四端口微纳光纤(FPOM)；通过在线监测样品拉制过程、工作稳定性测试、波长扫描等实验方法，分析并界定了OMC 和FPOM 的光学特性差异；采用基于光吸收制热效应的全光调制方法，分别对OMC 和FPOM 的光调制能力进行测试分析；FPOM 具备稳定的光学传输特性，其分束比对波长、温度、传输光功率波动等物理参量不敏感，可用于微纳光子器件的集成；而经过结构优化设计的OMC 不但可以用于温度、振动等传感研究，还具备作为全光调制器的潜力。
光纤光学 微纳光纤耦合器 全光调制 光致热效应
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
分析了微光纤耦合器的基本光学特性，利用微纳光纤拉制平台，在线监测制作出具有良好光学性能的微光纤耦合器，对微光纤耦合器的振动信号响应特性进行分析与实验研究，并进行了行人走动引起的振动信号的响应测试，实验结果表明微光纤耦合器对外界振动具有高灵敏度的传感性能，在区域点警戒方面具有一定的应用价值。
光学器件 微纳光纤 微光纤耦合器 振动传感 光纤传感 中国激光
2014, 41(11): 1105002
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
微纳光纤的大倏逝场在光纤传感领域具有巨大应用前景。分析了微纳光纤拉制过程中影响外形控制的因素。通过改进拉制工艺和合理设置参数来提高微纳光纤外形结构控制精度，实测两根微纳光纤外形结构，表现出良好的一致性。理论仿真了吸附微颗粒与微纳光纤附加损耗的关系，实现了对空气中微颗粒吸附过程的在线监测及对吸附2 μm直径氧化铝颗粒的计数功能。分析了液体吸收系数与微纳光纤附加损耗的关系，通过测量微纳光纤传输附加损耗，实现了对不同液体吸收系数的测试。
微纳光纤 倏逝场 微颗粒 吸收系数 中国激光
2013, 40(s1): s105005
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
标度因数非线性反应了光纤陀螺在动态范围内输出的偏差度。在开环光纤陀螺中, 由于相位调制存在非线性会影响标度因数的线性性。加之前放带宽有限, 会使标度因数非线性现象进一步恶化。本文理论分析了, 由于滤波器对各次谐波增益不一致, 造成标度因数线性度恶化的各种因素。实验结果表明, 要使标度因数非线性度小于500 ppm, 如前放采用一阶RC 低通滤波器, 前放带宽需大于调制信号基频的20 倍。
开环光纤陀螺 调制深度 标度因数非线性度 前置放大器 open-loop fiber gyroscope modulation depth scale factor nonlinearity preamplifier
