1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
基于时分复用技术，提出了一种分布式弱光纤光栅（FBG）阵列振动探测系统。通过匹配干涉仪检测相邻弱FBG的干涉信号，可以得到振动信号的频率、相位和位置等相关信息，从而实现高灵敏度分布式测量。使用3×3相位解调方法对干涉信号进行解调，可以有效地降低系统的相位噪声。采用光栅个数为660、间距为2.5 m的弱FBG阵列对该系统进行了验证。实验结果表明，系统的干涉条纹可见度与相邻弱FBG的波长差有关；同时，系统能准确地分辨出不同频率的信号，频率响应范围在20~1000 Hz之间，具有很好的频率响应；与标准的地震检波器对比发现，该系统传感单元具有更高的灵敏度。
传感器 光纤光栅传感 弱光栅阵列 匹配干涉仪
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
A field-programmable gate array (FPGA)-based large-capacity sensing network with ultra-weak fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed and experimentally studied. The demodulation system is constructed to interrogate 1642 serial time-division-multiplexing FBGs with a peak reflectivity of about 40 dB and equal separations of 2.5 m. Two semiconductor optical amplifiers and an InGaAs linear sensor array controlled by an FPGA are introduced to the demodulation system to achieve fast, precise, and flexible interrogation. The low crosstalk and spectral distortion are investigated through both theoretical analysis and experiments.
060.3735 Fiber Bragg gratings 250.5980 Semiconductor optical amplifiers 060.4230 Multiplexing Chinese Optics Letters
2016, 14(1): 010601
1 三峡大学理学院, 湖北 宜昌 443002
2 广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院, 广西 南宁 530023
3 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室，湖北 武汉 430070
光栅定位是大规模超弱光纤光栅阵列制备及铺设质量检测的关键技术之一。针对传统光时域反射仪定位超弱光栅时存在的问题，提出了一种超弱光栅阵列的相位-强度二维定位方法。该方法采用光栅时域反射技术查询阵列中的单体光栅，通过调节选择脉冲和入射脉冲之间的相位差，捕捉反射信号的光强峰值，实现对目标光栅的准确定位。构建了超弱光栅阵列的定位系统，对1009个平均反射率-34 dB、间隔2.5 m 的超弱光栅阵列进行了定位实验，定位误差小于10 cm。
传感器 超弱光纤光栅 时分复用 光时域反射 半导体光放大器 光学学报
2015, 35(12): 1206006
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
讨论了光纤光栅传感系统中常用的复用技术及其限制,阐述了利用CDMA 技术实现光纤布拉格光栅阵列波长解调的复用方式, 对系统的原理和性能进行了理论分析。在此基础上通过MATLAB做了基于CDMA的光纤光栅传感仿真分析，仿真结果表明该方法能区分反射波长重叠的光栅,从而提高FBG网络复用的频带利用率。
光纤布拉格光栅 复用 m序列 自相关性 信噪比 fiber Bragg grating multiplexing m-sequences autocorrelation signal to noise ratio
武汉理工大学 光纤传感技术中心,湖北 武汉 430070
提出一种在多模光纤上腐蚀制作出法布里-珀罗(F-P)腔体,并将该F-P腔体和一根普通通信单模光纤熔接起来构成微型非本征型光纤F-P干涉(EFPI)应变传感器的方法。实验结果证明这种结构的干涉传感器对结构的微小应变有着极高的灵敏度,可达到0.00095 nm /με,而且对温度的交叉敏感较小。这种制备工艺简单、重复性高、易于批量加工的光纤应变传感器件在光传感领域,特别是对各种建筑结构健康状况的远程监测中具有较大的潜在应用价值。
光纤光学 光纤传感 F-P 干涉腔 远程监测
浙江大学国家现代光学仪器重点实验室,光及电磁波研究中心,浙江,杭州,310027
提出了一种钯(Pd)膜氢敏感表面等离子共振传感器结构,该传感器以镀在棱镜端面的Pd作为氢敏感膜.Pd膜吸氢以后发生化学反应,生成的PdHx使折射率发生变化,同时,它作为金属膜产生SPW,当折射率变化时又在金属和介质表面产生表面等离子共振.利用Fortran语言程序进行了表面等离子共振氢敏传感器的Pd膜厚度和传感器灵敏度数值模拟.氢气浓度的变化引起折射率的变化,数值模拟表明,表面等离子共振氢敏传感器的灵敏度与Pd膜厚度有关,当Pd膜的厚度在10-30nm时,氢气浓度在1%-10%范围内具有较高的灵敏度.这种传感器结构将?糜诩嗖馇馄魅剂系纳逃煤途没档那馄孤?
氢传感器 表面等离子共振 数值模拟 Pd膜
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,光及电磁波研究中心,杭州,310027
基于离子交换波导的集成型器件是氢敏传感器中很有发展潜力的一种.传感区域由离子交换波导及其表面的金属钯膜组成,通过有限差分法(FDM)计算了这种波导结构中的导模及表面等离子模的模场分布,分析了其传播特性与钯膜光学常数的关系,并结合束传播方法(BPM)对钯膜的厚度进行了优化,使其具有最高的灵敏度.
光波导 离子交换 表面等离子波 氢敏传感器 Optical waveguide Ion exchange Surface plasmon wave Hydrogen sensor
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,光及电磁波研究中心,浙江,杭州,310027
应用两点法对EDG器件进行了优化设计,将器件中凹面光栅对中心波长的无像差点由一个增加到两个,并由此确定各光栅槽面的位置及输出点的位置.利用标量波动衍射理论进行了数值模拟,结果表明,该设计能明显降低系统像差,改变了传统设计方法在大通道数情况下像差过大、边缘通道性能劣化等问题.
蚀刻衍射光栅 两点法 优化设计 波分复用
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,光及电磁波研究中心,杭州,310027
研究了平面波导密集波分复用器件中很有发展潜力的蚀刻衍射光栅(EDG).小角度范围光栅的模拟通常采用高斯近似的输入光场,由于近轴的高斯光场接近实际光场,所以模拟结果很准确.但这种方法应用于大角度范围的光栅则有偏差.本文提出了大角度蚀刻衍射光栅的模拟方法,分析了这种偏差并给出了模拟结果.事实上这种方法也适合于实际任意输入光场的模拟.
蚀刻衍射光栅 平面波导 密集波分复用 Rowland圆 解复用器
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,光及电磁波研究中心,杭州,310027
利用两点法(two stigmatic points method)对平场型蚀刻衍射光栅(EDG)波分复用器件进行了优化设计.与传统EDG相比,该方法以较小的性能损失为代价,极大简化了制作工艺.通过标量波动衍射理论对16通道的该型器件进行了数值模拟,结果表明:在用光探测器陈列接收的情况下,额外的功率损耗约为1 dB,信道间的不均匀性小于0.3 dB,串绕小于-30 dB.
蚀刻衍射光栅 平场型 两点法 波分复用
