1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计了两种用于单纵模光纤激光器的窄线宽全光纤环滤波器,其由超低反光纤光栅和1个(或2个)2×2光纤耦合器构成。从理论上推导出两种滤波器的反射率表达式,并且对其反射率、窄线宽和群时延特性进行了详细的数值分析和实验验证。研究结果表明:由超低反光纤光栅和光纤耦合器构成的单环滤波器具有高反射率、超窄线宽和大群时延特性,表现出良好的慢光效应。双环滤波器除了保持了以上良好特性,还因游标效应,共振幅度可调,相对单环滤波器,具有更大的有效自由光谱范围(FSR)、更大的边模抑制比(SMSR)以及不易跳模等特点。所研究的光纤环形滤波器具有窄线宽、结构紧凑和低成本等优点,可用作光纤激光器的反射腔镜来进一步压窄激光器线宽,尤其是当双环滤波器用作腔镜时,激光器的线宽更窄,模式更稳定。
光纤光学 光纤滤波器 光纤环 光纤光栅 单纵模激光器 光学学报
2018, 38(10): 1006001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器及应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海波汇科技股份有限公司, 上海 201203
国家重大基础设施和关键区域的安全, 对于保障经济发展、****、社会稳定和人民生活具有极其重要的意义。基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)的分布式光纤振动传感系统在入侵探测、周界安防和基础设施安全监控等方面具有独特的技术优势, 近年来受到各国科技界和工业界的广泛关注。详述了本课题组近10年来在该领域的研究成果, 包括Φ-OTDR定量化相位解调技术、信号干涉衰落的机理研究、超高频率响应带宽系统、超高空间分辨率系统、低噪声窄线宽单频激光器和激光扫频技术等方面的进展; 介绍了Φ-OTDR系统在周界安防和铁路安全监测等领域的工程应用, 并对Φ-OTDR的国内外发展趋势进行了简要的评述。
光纤光学 相位敏感光时域反射仪 定量化相位解调 周界安防 窄线宽单频激光器
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学, 北京 100049
在传统的布里渊光时域反射(BOTDR)技术中，空间分辨率和自发布里渊散射谱宽相互制约。针对这一问题，将探测光改进为超短双脉冲，并利用检测频谱包络的方法得到BOTDR系统的空间分辨率。该方法提高了BOTDR系统的空间分辨率，同时可避免压窄脉冲引起的布里渊增益谱展宽对测量精度的影响。实验表明，该方案能实现0.5 m空间分辨率的温度测量，避免自发布里渊散射谱发生较大展宽。
传感器 光时域反射技术 布里渊散射 超短脉冲对
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of All Solid-State Laser and Applied Techniques, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China
In order to realize homodyne reception and Doppler frequency shift tracking in ground-to-satellite coherent laser communication, a local laser is experimentally demonstrated in this Letter. It is realized based on modulation-sideband injection locking, and has a 10 GHz tuning range, a 1 THz/s tuning rate, a 5 kHz linewidth, and 16 mW of output power. When applied to a Costas loop in a coherent laser communication system, the local laser can achieve Doppler frequency shift tracking with a 20 MHz/s frequency shift rate, which is sufficient for the ground-to-satellite coherent laser communication.
140.3600 Lasers, tunable 140.3520 Lasers, injection-locked 230.2090 Electro-optical devices 060.1660 Coherent communications Chinese Optics Letters
2015, 13(9): 091402
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of All Solid-state Laser and Applied Techniques, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Shanghai Synet Optics Technology Corporation, Shanghai 200135, China
4 Bandweaver Technologies Co. Ltd., Shanghai 201203, China
A novel distributed passive vehicle tracking technology is proposed and demonstrated. This technology is based on a phase-sensitive optical time domain reflectometer (Φ-OTDR) that can sense and locate vibrations. Two algorithms, dynamic frequency-space image and 2D digital sliding filtering, are proposed to distinguish a car’s moving signals from severe environmental noises and disturbances. This technology is proved effective by field experiments for tracking a single car and multiple cars. This work provides a new distributed passive way for real-time vehicle tracking and this technology will be extremely important for traffic controlling and public safety in modern society.
060.2370 Fiber optics sensors 230.0250 Optoelectronics 290.5870 Scattering, Rayleigh Chinese Optics Letters
2015, 13(10): 100603
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)在光纤围栏等动态传感领域具有重要的应用，快速、有效地对入侵信号分类识别有着十分重要的意义。基于频谱分析提出了一种称为频谱欧氏距离法(EDFS)的快速模式识别方法。该方法通过短时平移差分和短时能量法对f-OTDR 的解调信号进行提取，确定待分析数据段；对数据段进行归一化和快速傅里叶变换，获得信号的频谱特征；计算信号频谱与预先生成的模板之间的欧氏距离对入侵信号进行分类、识别。采用三种入侵信号对该方法的有效性和实时性进行了实验验证。结果表明，该模式识别方法可以有效识别扰动信号，识别时间小于传统的动态时域规划模式识别方法耗时的1/10。同时，该方法所需训练样本较少，对环境噪声有一定程度的抑制作用。
传感器 模式识别与特征提取 傅里叶变换 相位敏感光时域反射计
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海波汇通信科技有限公司, 上海 201203
对相位解调相位敏感光时域反射仪(φ-OTDR)系统中干涉衰落问题进行了研究。同一频率多次脉冲扫描显示出相似的衰落波形，而不同光频有不同的衰落波形。通过改进现有瑞利散射随机性和相干性物理模型，推出了瑞利散射系数是激光频率和有效折射率的函数，合理解释了上述实验现象。为了消除干涉衰落导致的系统误报问题，提出了一种基于多频率综合判决的方法，有效地区分并排除了误报，提高了整个φ-OTDR系统相位解调的准确性。
传感器 相位敏感光时域反射仪 相干检测 衰落噪声
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室， 上海 201800
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
3 山东华辰泰尔科技发展有限公司， 山东 济南 250101
利用1.8 cm长的Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃光纤作为增益介质制作了一个可调谐的短直线腔窄线宽单偏振单纵模光纤激光器。其谐振腔反射镜由高反射率的光纤布拉格光栅(FBG)和低反射率的保偏光纤FBG构成，使用976 nm单模半导体激光器作为抽运源。当进入谐振腔的抽运功率为360 mW时获得了输出功率65 mW，信噪比大于70 dB，线宽约为3 kHz，偏振消光比达到40 dB的激光输出。另外，通过使用压电陶瓷(PZT)调节增益光纤的长度实现了激光波长的电调谐，其调谐斜率约为14.2 MHz/V。再利用一个-3 dB带宽约为11 GHz的FBG作为鉴频器和参考频率，采用边频锁定的方式进行主动稳频，使得激光输出的长期频率波动从25 MHz/10 s减少到了2.5 MHz/h，从而实现了全光纤结构的高功率、高频率稳定性的单频光纤激光器。
激光器 单频 光纤布拉格光栅 Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃光纤
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室， 上海 201800
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
提出了一种基于数字相干检测和维纳滤波技术的相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)。在该技术中，实时解调出了沿光纤链路散射回的瑞利信号电场的振幅和相位。通过分析解调出的振幅和相位，检测到了位于3.5 km传感光纤上的一个由压电陶瓷(PZT)所产生的正弦振动信号的位置、频率和强度。应用维纳滤波降低了由激光器的相位噪声和探测器加性噪声引起的相位波动。系统的空间分辨率为5 m。
传感器 相位敏感光时域反射计 光纤传感 相干检测 维纳滤波
